Mamma neandertaliana e babbo denisovano: un altra eccezionale scoperta nella grotta di Denisova in Siberia

La scoperta che i vari gruppi umani recenti (gli uomini anatomicamente moderni a parte gli abitanti dell'Africa subsahariana, i neandertaliani e i denisovani) portano nel loro DNA nucleare le tracce di incroci reciproci è abbastanza recente e ha diverse implicazioni scientifiche (e, volendo, morali, visto che qualcuno non "crede" a questo per suoi motivi che esulano dalla Scienza). La notizia del momento è che è stato trovato per la prima volta un ibrido diretto fra un denisovano (a sua volta non proprio "puro"...) ed una neandertaliana. Ripercorro quindi in particolare la questione dei Denisovani e del loro patrimonio genetico: una popolazione ancora oscura che potrebbe addirittura risalire a Homo erectus e il cui areale poteva comprendere tutta l'Asia Orientale. Di fatto il materiale fossile recente disponibile mostra delle caratteristiche anatomiche particolari, ma tranne che nella grotta siberiana il suo stato di conservazione non è sufficiente per poterne esaminare il DNA.  

IL PARTICOLARE DNA DELLA SIBERIA MERIDIONALE. La grotta di Denisova, nei monti Altai (Siberria centromeridionale), è nota per la grande concentrazione di reperti umani che parlano di una frequentazione del sito tra 300 e 30 mila anni fa, da parte di esponenti di Homo neanderthalensis (nota 1). Nel 2010 fece molto scalpore la scoperta di una falange e un molare di circa 50.000 anni fa il cui DNA mitocondriale era diverso sia da quello neandertaliano che da quello di noi Uomini anatomicamente moderni (definizione migliore rispetto a sapiens) (Krause et al, 2010): ciò faceva supporre che gli antenati dei possossori di questi frammenti (i Denisovani appunto), si fossero separati dalla linea che ha portato successivamente agli Uomini anatomicamente moderni e ai Neandertaliani oltre 700.000 anni fa. Insomma, dopo la scoperta nel 2003 del piccolo uomo di Flores – la cui scomparsa avvenne comunque oltre 40.000 anni fa e non fino a 12.000 come supposto in precedenza (Sutikna et al, 2016) –  c’è una chiara testimonianza della presenza in tempi recenti di una quarta “genia” umana (nota 2).

Bisogna comunque notare che datazione della divergenza e riferimenti non erano particolarmente sicuri, perché il MtDNA si trasmette esclusivamente per linea materna e quindi è soggetto a mutazioni (che possono essere anche parecchio selettive, caso nel quale l’età della divergenza può essere molto sovrastimata) ma non a rimescolamenti e fornisce una storia piuttosto parziale. Pertanto mancava una conferma da parte del DNA nucleare, il cui studio era ancora in corso e i cui risultati, presentati qualche mese dopo (Reich et al, 2010), hanno fornito una storia completamente diversa: gli antenati degli Uomini anatomicamente moderni si sarebbero separati precocemente dagli antenati comuni di Denisovani e neandertaliani e nei denisoviani se il DNA mitocondriale è piuttosto caratteristico, quello nucleare presenta una forte componente di ibridazione con i neandertaliani. Queste conclusioni sono state confermate da lavori più recenti arrivate più recentemente (Sawyer et al. 2015), che hanno anche confermato la vicinanza genetica dei diversi reperti denisoviani.

Considerando più realistico lo scenario proposto dal DNA nucleare, per spiegare questa discrepanza furono proposte due ipotesi:

• la linea del mtDNA risale ad un’altra linea di Homo di cui non abbiamo dati (magari un erectus)
• la discordanza è il risultato di una deriva genetica che può aver permesso casualmente nei Denisovani la sopravvivenza di una linea divergente del mtDNA persa nei Neandertal e negli uomini anatomicamente moderni

La morfologia del molare con DNA denisoviano trovato nel 2008 dimostra che questa popolazione si distingue sia dagli uomini anatomicamente moderni che dai neandertaliani; in particolare i denisovani si sarebbero separati dalla linea dei neandertaliani prima che questi ultimi sviluppassero delle caratteristiche dentali specifiche, la cui apparizione data a circa 300.000 anni fa. 

Il DNA mitocondriale e quello nucleare
dei Denisovani sono apparentemente non coerenti

DNA DENISOVANO IN SPAGNA 400.000 ANNI PRIMA! Ancora più sorprendentemente, individui attribuibili a Homo Heidelbergensis con tratti ancestrali neandertaliani, vissuti a Sima de los Huesos, nella Spagna di NW 430.000 anni fa (Arsuaga et al 2014) mostravano anch’essi, quasi 400.000 anni prima dei reperti siberiani, un DNA mitocondriale più imparentato con i denisovani che con altri Homo (Mayer et al 2013). Anche in questo caso tempo dopo sono usciti i dati sul DNA nucleare, che mostrava una maggiore affinità neandertaliana che denisovana (Mayer et al, 2016).

Per spiegare l’affinità denisoviana del DNA mitocondriale spagnolo antico sono state avanzate diverse ipotesi:

• una ibridazione Neandertal – Denisova precoce
• un segnale antico, forse addirittura risalente, appunto, a Homo erectus, ereditato dagli antenati comuni di Uomini anatomicamente moderni e neandertal, ma successivamente perso da entrambi (cosa che con il DNA mitocondriale, che si trasmette solo in linea femminile, non è poi così difficile)
• due linee del DNA mitocondriale profondamente divergenti (mtDNA) coesistevano nella popolazione spagnola, delle quali una ha caratterizzato in seguito solo i denisovani perché nei neandertal si è estinta 
• un flusso genico da un'altra popolazione di ominidi non neandertaliani ha portato il mtDNA simile a Denisova in questa popolazione o nei suoi antenati. Quest'ultimo scenario implicherebbe la coesistenza in Europa di due distinte popolazioni prima di quel periodo, un'interpretazione che non è contraddetta dalle prove fossili

C’è anche da chiedersi poi se gli abitanti di Sima de los Huesos abbiano lasciato discendenti: tra questi e gli ultimi neandertal c’è una importante fase glaciale in mezzo, in cui le popolazioni europee si sono trovate a mal partito, anche se sembra che l’area cantabrica sia stata abitata anche durante questo periodo. Come vedremo c'è anche la possibilità che i neandertaliani recenti rappresentino una migrazione successiva in Europa che ha sostituito gli abitanti precedenti.

Un possibile scenario della geografia umana di 50.000 anni fa 

CLIMA, AMBIENTE E POPOLAZIONI NELL'ASIA DI 50.000 ANNI FA. Sempre parlando del clima e tornando all’epoca dei reperti denisovani, dobbiamo notare che circa 50.000 anni si colloca il momento a massima temperatura della fase interglaciale, grazie a cui i gruppi umani potevano spingersi molto a nord e riconquistare regioni dal clima sensibilmente più ospitale dei tempi precedenti, perse durante la fase glaciale rissiana, il cui culmine è tra 140.000 e 120.000 anni fa, quando l’areale umano in Eurasia era stato sensibilmente ridotto, come è successo 20.000 anni fa durante l’ultimo massimo glaciale.

I neandertaliani di quel periodo, che occupavano Europa e Asia settentrionale, almeno fino alla Siberia centrale, mostrano una scarsa variabilità genetica a causa di un forte ridimensionamento della popolazione avvenuto tempo prima e di cui, appunto, la fase glaciale Rissiana è una causa realistica. E questa fase può aver anche inciso notevolmente sulla dinamica genetica dei Denisovani.

Gli uomini anantomicamente moderni oltre all’Africa occupavano parte dell’Asia sudoccidentale, mentre non è molto chiaro come fosse la situazione in Asia orientale: è possibile che fosse abitata proprio dai denisovani e che questi fossero discendenti di Homo erectus. Erectus dovrebbe essere vissuto lì almeno fino a 150.000 anni fa e di fatto i reperti fossili mostrano una certa ibridazione fra l’uomo anatomicamente moderno e una popolazione arcaica e di questi alcuni sono estremamente recenti, perchè datano addirittura a meno di 15.000 anni fa (Curnoe et al, 2015): questa popolazione arcaica potrebbe proprio essere rappresentata dai denisovani, ma purtroppo a quanto mi risulta non è mai stato possibile estrarre il DNA a causa del cattivo stato di conservazione del materiale.  

I DENISOVANI NELL'UMANITÁ ATTUALE. La scoperta dei Denisovani è stata seguita da studi che hanno indicato degli aspetti sorprendenti del genoma umano contemporaneo.

Praticamente in contemporanea alle scoperte di Denisova era uscito un lavoro in cui veniva dimostrato che l’umanità fuori dall’Africa subsahariana (quindi in Africa settentrionale, Europa, Asia, Oceania ed Americhe) possiede una certa percentuale di geni neandertaliani (Green et al, 2010): questa ibridazione è avvenuta prima della differenziazione degli euroasiatici, perché è comune dappertutto fuori dall’Africa, anche se è leggermente più elevata in Asia che in Europa; si tratta in genere di percentuali molto ridotte (1-3%), che comunque dimostrano una certa ibridazione e ancora di ibridi diretti sapiens – neandertal che io sappia non se ne sono ancora trovati: Il “più ibrido” che conosco è un sapiens in Romania di circa 40.000 anni fa che ha un antenato neandertaliano tra la sesta e l’ottava generazione (Fu et al, 2015). Diciamo che in qualche modo gli incroci diretti non hanno avuto un grande successo riproduttivo; il perché non è ancora chiaro, anche se secondo una buona parte degli Autori alla base ci sarebbe una scarsa fertilità di questi individui (esempio: Sankararaman et al 2016). Peraltro, specularmente, anche i neandertal mostrano segni di ibridazione con i sapiens (Kuhlwilm et al, 2016)

I denisovani non condividono con i neandertaliani quella parte del genoma Neander che è finita nel patrimonio genetico degli euro-asiatici, come era logico aspettarsi visto che la separazione fra queste due popolazioni è anteriore all'ibridazione neandertal –  uomo anatomicamente moderno avvenuta in Medio Oriente. È però evidente che parti del genoma denisovano sono diffuse nelle popolazioni attuali dell’Asia sudorientale insulare e dell’Oceania in misura variabile fra 1 e 4 %, segno di una ibridazione dell’uomo anatomicamente moderno anche con gli appartenenti a questa stirpe. Non solo, ma la diffusione capillare di questi segnali evidenzia che il flusso genico denisovano era presente negli antenati comuni delle popolazioni autoctone di Nuova Guinea, Australia e Melanesia (non dei polinesiani, che sono molto diversi dai loro vicini). Ultimamente è stato notata addirittura, la presenza di almeno due ibridazioni diverse (Browning et al 2018). Di fatto è proprio questa componente denisovana che distingue queste popolazioni dagli austronesiani, Asiatici continentali arrivati nelle isole non più di 4.000 anni fa. Insomma, il segnale denisovano esiste ancora oggi ma non nell’Asia continentale, nè nelle migrazioni più recenti dal continente (Indonesia, Filippine e Polinesia).

il quadro delle ibridazioni attualmente riconosciute
fra i gruppi umani recenti

L'IBRIDO APPENA INDIVIDUATO E LE PROSPETTIVE SCIENTIFICHE. In questi giorni è uscita una ricerca in cui un frammento osseo di Denisova, denominato Denisova 11, datato a circa 50.000 anni fa (Brown et al, 2016), si è dimostrato appartenente ad un individuo ibrido che più ibrido non si può: il padre era un denisovano, ma con un DNA nucleare dalle evidenti tracce di Neandertal (e fin qui, insomma, la cosa è abbastanza normale). La madre era invece, decisamente, una neandertaliana. E, tanto per complicare il quadro, la sua genetica è tipica dei neandertaliani europei più recenti che di quelli asiatici dell’epoca. 

È chiaro che una rondine non fa primavera e quindi da un singolo individuo non si può arrivare ad una regola generale, ma la presenza di questo DNA neandertaliano europeo può voler dire due cose: o all’epoca nelle popolazioni neandertaliane alcuni individui si muovevano molto velocemente, oppure tra 50 e 40 mila anni fa c’è stata una massiccia migrazione di neandertaliani asiatici verso l’Europa. 

Anche se è oramai evidente che uomini anatomicamente moderni  euroasiatici, neandertaliani e denisovani si siano abbondantemente e ripetutamente mescolati fra loro, è la prima volta che viene scoperto un ibrido di prima generazione. 

Note:
(1) la “h” di Neanderthalensis: una variazione introdotta nella grafia tedesca ha tolto la “h” dal termine “thal” (valle). Ma siccome questa variazione è intervenuta dopo che i resti sono stati classificati con la classificazione binomiale, che non può cambiare nome, si parla di “neandertaliani” con la nuova grafia ma dal punto di vista tassonomico rimane valida “Homo neanderthalensis”

(2) ricordo che parlo di “gruppi” o “popolazioni” e non di specie diverse perché, come ho spiegato qui, tra chi parla di poche “specie” (considerando tutte le varie denominazioni per “comodità” senza dare loro un significato classificativo assoluto) e chi parla di tante specie nel corso dell’evoluzione umana io sono parecchio estremista: da Australopithecus ad oggi un’unica cronospecie.
  
Arsuaga et al (2014) Neandertal roots: Cranial and chronological evidence from Sima de los Huesos Science, 344, 1358-1363

Brown  et al (2016) Identification of a new hominin bone from Denisova Cave, Siberia using collagen fingerprinting and mitochondrial DNA analysis Sci. Rep. 6, 23559 (2016). 

Browning et al (2018) Analysis of Human Sequence Data Reveals Two Pulses of Archaic Denisovan Admixture  Cell 173, 1–9 

Curnoe et al (2015)  A Hominin Femur with Archaic Affinities from the Late Pleistocene of Southwest China. PLoS ONE 10(12): e0143332. doi:10.1371/journal. pone.0143332 

Fu et al (2015) An early modern human from Romania with a recent Neanderthal ancestor Nature 524, 216-219

Green et al (2010) A draft sequence of the Neandertal genome Science 328, 710–722

Krause, J. et al. (2010) The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia Nature 464, 894–897 

Kuhlwilm et al (2016) Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals Nature 530, 429-433

Meyer et al (2013) A mitochondrial genome sequence of a hominin from Sima de los Huesos Nature 505, 403–406 

Meyer et al (2016) Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins Nature 531, 504-507   

Reich et al (2010) Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia Nature 468, 1053-1060

Reich et al (2011) Denisova Admixture and the First Modern Human Dispersals into Southeast Asia and Oceania The American Journal of Human Genetics 89, 516–528, 

Saywer et al (2015) Nuclear and mitochondrial DNA sequences from two Denisovan individuals PNAS 112, 15696-16000

Sankararaman et al (2016) The Combined Landscape of Denisovan and Neanderthal Ancestry in Present-Day Humans Current Biology 26, 1241–1247 

Sutikna et al (2016). Revised stratigraphy and chronology for Homo floresiensis at Liang Bua in Indonesia Nature, 532, 366-368

I terremoti indonesiani degli ultimi giorni e i Back-Thrust: eventi sismici "fuori" dalla zona sismica più importante che borda a sud l'arcipelago della Sonda

   

I due eventi sismici importanti (specialmente il secondo) che hanno colpito l'isola di Lombok, in Indonesia, sono un ottimo pretesto per parlare di un tipo di strutture meno note rispetto ad altre che sono comuni negli orogeni, i backthrust: si tratta di grandi faglie a basso angolo che interessano la parte posteriore della catena, intendendo per parte anteriore quella sul lato dello scontro fra placche che genera una catena montuosa orogenica. I backthrust rappresentano un pericolo piuttosto grave per le popolazioni che vivono sul retro delle catene, come dimostrano questi terremoti e, per esempio, il grande terremoto del Sichuan del 2008.

DUE EVENTI SISMICI APPARENTEMENTE INCOERENTI. I forti terremoti di Lombok di questi ultimi giorni (M 6.4 del 28 luglio e M 6.9 del 5 agosto 2018) meritano una certa attenzione per il loro significato tettonico particolare. Notoriamente la costa meridionale dell’Indonesia è una delle aree più sismiche che ci sono al mondo e corrisponde al limite in cui la placca indoaustraliana scende sotto quella euroasiatica. Ne consegue una serie di terremoti i cui ipocentri diventano sempre più profondi verso nord perché la crosta della placca indoaustraliana, dove si originano, scende sempre più sotto nel mantello. Vediamo il tutto, ricavato grazie alla collocazione degli ipocentri dei terremoti e alla tomografia sismica come descritto nell’utilissimo Atlas of the Underworld.

I tensori USGS mostrano piani di faglia debolmente immergenti verso sud

Però i due eventi sismici a Lombok non sono coerenti con questo quadro.

Innanzitutto la profondità. Il primo è stato molto superficiale (poco più di 6 km); quella del secondo nelle prime ore era un po' incerta (le stime variavano da 6 a 40 km) e ancora adesso le fonti sono un pò discordanti. Prendo buoni i 32 km dichiarati dall'USGS. Già questo con il quadro generale torna poco, perché come si vede dalla carta ripresa da Goes et al (1997) sotto Lombok, evidenziata dal pallino rosso, la profondità della crosta indoaustraliana in subduzione è oltre 100 km, quindi molto al di sotto del necessario se questi eventi fossero legati direttamente alla crosta in subduzione.

In più i meccanismi focali presentano un thrust diretto verso sud, mentre il piano di faglia in un terremoto di thrust “ordinario” di quelle parti dovrebbe essere orientato verso nord (lo "spiegone" è più sotto). 

Quindi né profondità né orientamento del piano di faglia sono apparentemente coerenti con la collisione in corso.

Carta della profondità della subduzione indonesiana da Goes et al (1997):
gli eventi a Lombok dovrebbero essere profondi  almeno 80 km per essere legati a questa struttura

Kulali et al (2016): i forti terremoti della costa settentrionale
delle isole della Piccola sonda

LA SISMICITÀ DI FLORES. Per trovare una soluzione al dilemma esaminiamo, nella figura qui sopra, la sismicità a M superiore a 6 degli ultimi 40 anni con l’Iris Earthquake Browser: vediamo che da Est di Giava compare una fascia a sismicità superficiale (pallini viola) lungo la costa settentrionale delle isole della Piccola Sonda, mentre Giava è priva lungo la costa settentrionale di una attività sismica di tale livello.

La carta qui accanto, tratta invece da Kulali et al (2016 ) illustra i forti terremoti che hanno interessato la costa settentrionale dell'Indonesia dal 1815. Per cercare un cambiamento dal punto di vista geodinamico che possa essere in relazione con questa sequenza di eventi importanti bisogna andare più a sud, nella placca indoaustraliana: a ovest sotto l’Indonesia subduce la crosta dell’Oceano indiano e quindi siamo in una classica collisione oceano – continente. Ma ad est c’è il continente australiano e quindi lo scontro fra le placche diventa una collisione continente – continente. 

I BACK-THRUST. Nelle collisioni continente – continente è comune la presenza dei cosiddetti back-thrust, cioè delle faglie a basso angolo che si trovano dall’altra parte rispetto al fronte principale dell'arco che si forma nello scontro e che contioene tutte le succesisoni deformate dalla compresisone. I back-thrust hanno andamento opposto a quello dei thrust principali del fronte dell'arco. Li troviamo in tutti gli orogeni derivati da uno scontro continente – continente, da quelli più recenti come Himalaya, Caucaso e Pirenei (e anche sulle Alpi ma qui è una questione molto complessa), a quelli più antiche di oltre 2 miliardi di anni fa. Però troviamo back-thrust anche in diversi contesti di scontro oceano – continente, ad esempio Panama, Vanuatu, Caraibi settentrionali (Ten Brink et al, 2009) o Ande (Armijo et al,  2015).
Insomma, sia nel fronte della catena (cioè la parte antistante alla linea lungo la quale si scontrano le due placche), sia nel retro della catena, dove finisce, si formano dei sovrascorrimenti diretti verso l’interno della catena. Anche i back-thrust sono capaci di produrre forti terremoti: lo dimostrano questi ultimi eventi e negli ultimi decenni soprattutto il grande terremoto cinese Mw 7.9 del 2008 nel Sichuan è stato provocato proprio dallo scorrimento, sul margine del S fra Tibet e Cina della Longmenshan fault, che è un back-thrust in direzione opposta a quelli che bordano Tibet ed Himalaya sul lato indiano (Jia et al, 2012). 

GEODINAMICA DELL'INDONESIA E BACK-THRUST DI FLORES. Per capire bene il concetto di back-thrust, applichiamolo proprio all’Indonesia: 

• i thrust principali, come quello del terremoto di Sumatra del 2003, sono faglie a basso angolo dirette verso nord, come verso nord si immerge nel mantello la crosta dell'Oceano Indiano
• invece i terremoti di Lombok sono avvenuti su piani che si immergono debolmente verso sud e che fanno parte, come si vede da questa carta, del thrust di Flores, già noto in letteratura da decenni (esempio: McCaffrey e Nabelek, 1984) e che è un tipico back-thrust. Studi recenti hanno evidenziato che il thrust di Flores continua verso ovest fino a Lombok, in armonia con la sismicità (Zubaidah et al, 2014). 

Una bella sezione delle Ande in cui si veono i back-trhust
sul lato amazzonico da Armijo et al (2015)

PERCHÉ ESISTONO I BACK-THRUST. Fondamentalmente esistono perchè quando l'arco deformato  si comporta in modo relativamente rigido agisce come un blocco rigido, traferendo così lo stress compressivo nella regione esterna. Queste spinte si possono ripercuotere anche a grande distanza, come si vede adesso nell'Asia a nord della convergenza fra India ed Eurasia. Nelle collisioni continente - continente questo succede ancora di più perchè manca la zona oceanica in subduzione che "assorbe" la maggior parte del raccorciamento. Back-thrust ed altre deformazioni dietro l'arco si formano specialmente se nella zona di contatto fra le parti deformate e il retro-paese non deformato esistono delle precedenti discontinuità. Lo si vede ad esempio in Australia orientale, dove la  Koonenberry Fault, che tra Cambriano e Ordoviciano ha guidato la formazione di un bacino in estensione, nel Siluriano divenne al contrario un back-thrust durante una delle fasi della formazione dell’orogene della Tasmania (Mills et al, 1992). 

Venendo ai back-thrust attuali, quello coinvolto nel Sichuan è una struttura ereditata da eventi tettonici precedenti, nel caso l'orogenesi indosinica,  durante la quale alcuni blocchi crustali si sono fusi con la Cina meridionale nel Triassico (referenze in Jia et al 2010).

Numerosi modelli hanno cercato di fare il punto sulla situazione. In particolare si vede che la deformazione è asimmetrica e molto più ampia e diffusa nella zona frontale della catena in formazione che in quella posteriore (Vittell et al 1993).

In fondo una mia annotazione personale: sono convinto che in letteratura l’importanza dei back-thrust nelle catene fossili sia sovraconsiderata. Mi spiego: per esiste esistono e sono un aspetto molto interessante. Ma siccome si formano soprattutto nelle fasi più tardive dell’orogenesi, e quindi si sovraimpongono in parte alle vecchie strutture; per questo sono più visibili delle precedenti, come su una superficie sabbiosa impronte più recenti possono obliterare quelle più vecchie e rischiano così di essere considerate più importanti di quanto realmente sono.

Armijo et al (2015) Coupled tectonic evolution of Andean orogeny and global climate Earth-Science Reviews 143, 1–35
Goes et al (1997) The complex rupture process  of the 1996 deep Flores, Indonesia earthquake (Mw 7.9) from teleseismic P-waves Journal of Geophysical research 24, 1295-1298
Jia et al (2010) Structural model of 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake in the rejuvenated Longmen Shan thrust belt, China Tectonophysics 491, 174–184
Kulali et al (2016) Crustal strain partitioning and the associated earthquake hazard in the eastern Sunda-Banda Arc Geophys. Res. Lett., 43, 1943–1949
McCaffrey e Nabelek 1984 the geometry of back arc thrusting along the eastern Sunda Arc (Indonesia): constraints from earthquake and gravity data Journal of Geophysical Research 89, 6171-6179, 
Mills et al 1992. Geological evolution of the Wonominta Block. Tectonophysics 214, 57–68 
ten Brink et al 2009 Bivergent thrust wedges surrounding oceanic island arcs: Insight from observations and sandbox models of the northeastern Caribbean plate GSA Bulletin 121, 1522–1536
Willett et al, 1993  Mechanical model for the tectonics of doubly vergent compressional orogens Geology, 21, 371-374 
Zubaidah et al, 2014 New insights into regional tectonics of the Sunda–Banda Arcs region from integrated magnetic and gravity modelling Journal of Asian Earth Sciences 80,172–184

Dove è finita l'acqua che ha plasmato la superficie di Marte?

In questi giorni l’Agenzia Spaziale Italiana è alla ribalta della scena scientifica mondiale per la sua nuova, importante, scoperta di acqua liquida sotto la calotta polare del polo sud di Marte. Questa è una ottima occasione per parlare di come mai sia scomparsa l’acqua che ha avuto un grande ruolo nel plasmare la superficie del pianeta rosso miliardi di anni fa.

L'area osservata da Orosei et al (2018)

Mentre si teme la fine della ultradecennale missione del rover Opportunity, che dopo aver  scorrazzato per decine di km sulla impervia superficie del pianeta rosso, è attualmente in crisi per una tempesta di polvere che impedisce alle batterie solari di rifornire di energia il veicolo, l’Agenzia Spaziale Italiana ha annunciato la scoperta di un corpo di acqua liquida sotto i ghiacci del polo sud del Planum Australe. Dopo l’annuncio è arrivato anche il “regolare” articolo su una rivista scientifica importante, in questo caso Science (Orosei et al, 2018). Fino ad oggi c’erano forti sospetti sulla presenza di acqua liquida alla base delle calotte polari marziane (un po' come succede sotto la calotta antartica), ma nessuno fino ad oggi aveva potuto confermare la cosa. 

Faccio notare un particolare importante e cioè che questa fascia di acqua liquida non si trovi all’interno della crosta marziana, ma all’interno della calotta polare meridionale.

PLANUM AUSTRALE: UNA REGIONE SUPERFICIALMENTE NORMALE MA MOLTO PARTICOLARE AL DI SOTTO DELLA SUPERFICIE. L’osservazione è stata compiuta usando strumento montato su Mars Express, uno dei vari satelliti che stanno orbitando intorno a Marte: si tratta di MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), un radar a bassa frequenza.  Planum Australe mostra delle caratteristiche superficiali banali: topograficamente piatta, ha una superficie formata soprattutto da ghiaccio di acqua contenente tra il 10 e il 20% di polvere, che durante gli inverni australi viene coperta da uno strato di circa 1 metro di ghiaccio secco (ghiaccio di CO2). Ma a questa semplicità superficiale corrisponde profonda più complessa: i profili radar raccolti da MARSIS in una fascia lunga 200 km tra maggio 2012 e dicembre 2015 della regione di Planum Australe hanno evidenziato delle superfici riflettenti sotto la superficie del pianeta all'interno di una zona ben definita di 20 chilometri, centrata a 193°E e 81°S,  circondata da aree molto meno riflettenti, a circa 1,5 km di profondità. Una riflessione forte come questa la produce solo l’interfaccia fra il ghiaccio e l’acqua o il ghiaccio e una zona ad alto contenuto di acqua, come sedimenti saturi in acqua o una salamoia. L'analisi quantitativa dei segnali radar mostra che questo corpo liquido è caratterizzato da un'elevata permittività dielettrica relativa (in parole povere, il materiale si polarizza molto bene), e questo valore non può che essere interpretato come un’area in cui ‘è acqua liquida. 

È quindi dimostrata la presenza di acqua liquida intrappolata sotto il ghiaccio dei depositi stratificati polari meridionali.

Il profilo prodotto da MARSIS da Orosei et al, 2018

CARATTERISTICHE DI QUESTA ACQUA. Anche se essendo in profondità ci sarà una certa pressione, il fatto che sia liquida ad una temperatura di – 70°C ci fa già intuire che non si tratti di acqua come quella che troviamo normalmente nelle falde acquifere terrestri sfruttate a scopi idropotabili, industriali o irrigui: la presenza di perclorati sulla superficie sovrastante è un forte indizio infatti che si tratti di una salamoia salina: notoriamente il sale viene usato per contrastare il ghiaccio in quanto diminuisce la temperatura di fusione dell’acqua. In particolare la presenza di perclorati di magnesio lo abbassa proprio a valori di poco inferiori ai -70°C supposti per questa massa.

Sedimenti lacustri fotografati dal rover Curiosity nel 2014
(credit: NASA)

MARTE E LA SUA ACQUA SUPERFICIALE. Che l’acqua sia stata in un lontano passato il maggiore attore della modellazione della superficie del Pianeta Rosso era cosa nota fin dalla missione del satellite Mariner 9 nel 1971 ed era stato ipotizzato da tanto tempo che Marte ne contenesse al suo interno; però per avere delle conferme ci sono voluti più di 20 anni: la presenza di ghiaccio d’acqua perenne sulla superficie marziana fu sancita definitivamente proprio nel polo sud del pianeta nel 2003 (Titus et al, 2003) e sempre nello stesso anno il radar del satellite Mars Odissey ha evidenziato la presenza di ghiaccio sotto la superficie. Sull’origine dell’acqua marziana il dibattito più o meno è simile a quello sull’acqua terrestre, e il tutto verte sul rapporto fra Deuterio e Idrogeno “normale”. Per alcuni autori l’acqua su Terra e Marte sarebbe quella contenuta nei planetesimi che hanno formato i pianeti di tipo terrestre (Raymond e Inzidoro, 2017) e quella arrivata con le meteoriti condritiche. Di fatto nelle meteoriti marziane cadute sulla Terra, le lave basaltiche che più ricordano il mantello marziano (le shergottiti) mostrano un rapporto Deuterio / Idrogeno simile a quello delle meteoriti condritiche (Usui et al, 2012). 

Questa “stranezza” (un mantello secco e acqua molto diffusa in superficie) fu chiaramente evidenziata già negli anni ‘80 del XX secolo (Carr et al, 1991). Qualche tempo fa parlando con un astronomo in margine ad un caffèscienza ho avuto una piacevole discussione con lui sul rapporto deuterio / idrogeno negli oceani terrestri e nelle comete. A me torna benissimo che l’acqua della superficie terrestre abbia per la stragrande parte una origine cometaria, proprio perché l’idrogeno degli oceani è più “leggero” di quello delle comete: sarebbe esattamente quello che mi aspetto da un’acqua che deriva da un liquido con il rapporto deuterio / idrogeno tipico delle comete che abbia subìto nella sua storia più cicli di discesa i profondità e successiva risalita: nella risalita le molecole di acqua che hanno il deuterio e il trizio, che sono più pesanti, al posto dell’idrogeno, fanno più fatica a risalire rispetto a quelle con l’idrogeno senza neutroni perché appunto sono più pesanti ed è per quello che nelle comete ci sono più deuterio e trizio che negli oceani terrestri. Sulla Terra è stato ipotizzato un valore del rapporto originario fra Deuterio ed Idrogeno nel mantello molto più basso di quello contenuto negli oceani (Hallis et al, 2015) e anche su Marte il rapporto fra Deuterio e Trizio del ghiaccio superficiale è molto diverso da quello del mantello, simile a quello delle meteoriti condritiche (Usui et al, 2017), ed è intermedio fra questo e quello della nota cometa 67P / Churyumov - Gerasimenko (Altwegg et al 2015).

L'evoluzione del rapporto Deuterio - Idrogeno su Marte che dimostra
la differenza fra le acque superficiali e quelle del mantello del pianeta

Il "paradosso del sole debole", da Sagan e Mullen (1972)

DOVE É ANDATA L’ACQUA DELLA SUPERFICIE MARZIANA? Ma la domanda che viene spontanea è perché una volta di acqua sulla superficie marziana ce n’era tanta e perché adesso non ce n’è più, se non un po' di ghiaccio. Detto che nell’atmosfera attuale il ghiaccio sublima e quindi da solido può solo diventare gassoso senza passare dallo stato liquido, uno dei problemi dell’acqua liquida nel passato profondo del Pianeta Rosso è lo stesso che c’è sulla Terra, il paradosso del Sole debole, evidenziato da Sagan e Mullen (1972), ne ho parlato qui: il Sole sta aumentando la potenza della sua radiazione perché nel suo nucleo aumenta la densità a causa della fusione degli atomi di idrogeno che formano atomi di elio. Per cui come evidenzia il grafico fino a circa 1 miliardo e mezzo di anni fa con l’atmosfera attuale la radiazione solare sarebbe stata troppo debole per permettere la presenza di oceani liquidi e la Terra sarebbe stata irrimediabilmente coperta dal ghiaccio. Invece la vita era già presente almeno 3.8 miliardi di anni fa, quando sicuramente esistevano già oceani liquidi. Sulla Terra il problema si risolve soprattutto grazie all’effetto – serra di una atmosfera primordiale che, ci sono molte indicazioni al riguardo, era essenzialmente formata da CO2 (qui ho parlato di come e perché è avvenuta la prima trasformazione dell’atmosfera terrestre) e da una maggiore capacità di assorbire il calore rispetto ad oggi per una maggiore estensione dei mari e per una minore copertura nuvolosa.

Su Marte il problema si risolve soprattutto con una pressione atmosferica molto maggiore, vicina a quella nostra attuale, che permetteva appunto la presenza di acqua liquida anziché la eventuale sublimazione del ghiaccio in vapore. 

Quindi l’acqua marziana sarebbe svanita nello spazio soprattutto a causa del rarefarsi dell’atmosfera perché la gravità marziana è troppo debole per trattenere i gas, specialmente in un’epoca di forte vento solare come è stato 3 miliardi di anni fa.

I gradienti geotermici su Marte
all'epoca degli oceani e adesso
e sulla Terra attuale 

Ma c’è un’altro processo per il quale l’acqua può essere scomparsa dalla superficie ed è proprio quello grazie al quale i radar hanno trovato acqua e ghiaccio in profondità: la fine del calore interno marziano. Come si vede da questo grafico la Terra ha un forte gradiente termico per cui – detta in maniera semplice e schematica – l'acqua che scende in profondità a poco a poco si riscalda, fino a quando dalla fase liquida passa alla fase gassosa e quindi tende a risalire nuovamente verso la superficie.

Marte è proprio l'esempio di un corpo freddo in cui la maggior parte dell'acqua superficiale, cessata la fase in cui il pianeta era sufficientemente caldo per farla risalire, è rimasta  nella crosta. 
Non è quindi un caso che gli strumenti a bordo di satelliti in orbita intorno al Pianeta rosso abbiano rilevato ingenti quantitativi di acqua all'interno del pianeta.  
Un indizio importante sul fatto che il raffreddamento sia alla base della scomparsa dell’acqua dalla superficie marziana è portato da una considerazione interessante: le linee di costa visibili attualmente non sono allo stesso livello. Questo può voler dire due cose: o non c’erano dei vasti oceani ma una serie di laghi di dimensioni anche importanti ma scollegati fra loro (Malin et al, 1999), oppure le differenze sono dovute a deformazioni posteriori alla formazione delle linee di costa. Queste variazioni nella topografia del litorale possono essere spiegate dalla deformazione causata dalla messa in posto di Tharsis, la grande regione vulcanica equatoriale dove troviamo fra gli altri l’enorme Olympus mons, la cui formazione per Citron et al (2018) è avvenuta quando gli oceani esistevano di già. Questa circostanza, che ribalta studi precedenti in cui la formazione di Tharsis è precedente agli oceani, implica che gli oceani su Marte si sono formati prima del previsto e indica un rapporto diretto fra declino del vulcanismo marziano e dei corpi d’acqua superficiali: in questa visione è proprio la diminuzione del gradiente termico ad aver provocato un forte disequilibrio fra l’acqua che penetrava all’interno del pianeta e quella che grazie al calore endogeno, ritornava in superficie.
  
Altwegg et al (2015) 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio Science, 347, Issue 6220, 1261952
Carr et al (1991) Water on Mars Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference, volume 22, page 181,
Citron et al (2018) Timing of oceans on Mars from shoreline deformation Nature, 555, 643-646
Hallis et al (2015) Evidence for primordial water in Earth’s deep mantle Science 350,795-797
Malin & Edgett (1999) Oceans or seas in the Martian northern lowlands: high resolution imaging tests of proposed coastlines. Geophys. Res. Lett. 26, 3049–3052 
Michalski et al 2018 The Martian subsurface as a potential window into the origin of life Nature Geoscience doi: 10.1038/s41561-017-0015-2 
Orosei et al (2018) Radar evidence of subglacial liquid water on Mars Science 10.1126/science.aar7268 
Raymond and  Izidoro (2017) Origin of water in the inner Solar System: Planetesimals scattered inward during Jupiter and Saturn’s rapid gas accretion Icarus 297, 134–148 
Sagan e Mullen (1972) Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures. Science 177, 52-56
Titus et al (2003) Exposed Water Ice Discovered near the South Pole of Mars Science 299, 1048-1051
Usui et al (2012) Origin of water and mantle–crust interactions on Mars inferred from hydrogen isotopes and volatile element abundances of olivine-hosted melt inclusions of primitive shergottites Earth and Planetary Science Letters 357-358 (2012) 119-129
Usui et al (2017) Hydrogen Isotopic Constraints on the Evolution of Surface and Subsurface Water on Mars NASA technical report JSC-CN-38706

Risposta ad un lettore: abusivismo e costruzioni antisismiche

Dovevo delle risposte a diverse persone che mi hanno scritto in questi giorni nei commenti sul post sull’estinzione a metà del Carbonifero su argomenti piuttosto vari. Non sono abituato a nascondermi, ma in questo periodo ho davvero ben poco tempo per dedicarmi a Scienzeedintorni e pertanto non posso essere sempre “sul pezzo”. Qualche risposta più semplice l’ho data via via, ma su alcune questioni mi sono riservato un maggiore approfondimento. Nel ringraziare Giacomo Milazzo per il suo prezioso supporto nella discussione, questo post è una prima risposta dettagliata ad una delle varie questioni che mi sono state poste. 

edifici crollati dopo il terremoto ischitano
dell'agosto 2017 a Casamicciola 

Parliamo qui dal lettore ischitano che detenendo una casa dichiarata abusiva, mi scrive così:

La scienza avrà anche i suoi meriti, ma diventa insopportabile quando ricorre a metodi coercitivi. Lo Stato NON può e NON deve obbligare la gente a farsi vaccinare o a costruire casa secondo istruzioni cosiddette antisismiche. A casa mia decido io e soltanto io. Dovranno passare sul mio corpo prima di abbattere la mia casa di Ischia!!! Non vorrei offendere, ma voi geologi a volte siete uccelli del malaugurio…

A questo commento ho risposto in modo probabilmente un po' ruvido:

Intanto mi scuso se, come dicono a Campi Bisenzio, parlo francese, ma certi commenti scatenano il parigino che è in me.

Banalmente, la Scienza non è democratica. Nella Scienza si parla solo di DATI ottenuti in modo verificabile da altri ricercatori e comparsi in articoli in peer-review.

Cose che vanno contro lo "stato dell'arte della Scienza" senza ricerche significative o semplicemente citando post su social network o filmati su youtube sono semplicemente emerite cazzate. Comunque qui sono due questioni diverse.

I vaccini sono una cosa "pubblica" e il comportamento di uno stronzo idiota, irresponsabile e incompetente che grazie alle sue imbecilli convinzioni gioca sulla salute altrui non vaccinando i suoi figli può essere causa di problemi per un disgraziato che non si è potuto vaccinare. E quindi lo avrà sulla coscienza in caso di gravi problemi. Sono cazzi suoi ma badi che se venisse dimostrato che una persona è morta o ha avuto conseguenze gravi a causa di un comportamento deliberato del genere spero che Lei venga buttato in galera seduta stante

Invece se Lei non vuole deliberatamente una casa antisismica, succede un terremoto la casa crolla e lei ci lascia le penne, cazzi suoi. Un irresponsabile in meno sulla faccia della Terra. Mi dispiacerebbe invece un ricovero in ospedale, che costerebbe alla collettività

Ne è seguita una risposta, inevitabilmente piuttosto vivace:

Vabbè, ma che modi sono?!

La sua risposta è stata molto aggressiva.

Accetti il contraddittorio, non voglio imporle necessariamente le mie opinioni, ma pretendo perlomeno che la "COMUNITÀ SCIENTIFICA" ascolti il parere del POPOLO che le ricordo, caro signor Piombino, in DEMOCRAZIA è SOVRANO.

Allora, cercherò di spiegarmi meglio...

La scienza (e con essa il governo) NON può e NON deve imporre la vaccinazione obbligatoria di massa. I vaccini contengono metalli estremamente dannosi per l'organismo. Questi metalli possono danneggiare seriamente il cervello, provocare l'autismo, ecc. quindi la questione è molto seria!!! I vaccini fanno più male che bene, ecco. I medici (che quasi sempre sono al soldo delle multinazionali del farmaco) dicono: "I vaccini hanno debellato molte malattie ed hanno allungato la durata media della vita." Ebbene, NON è così!!! Se molte malattie sono quasi del tutto scomparse, se la vita umana si è allungata, il merito non è dei vaccini, ma del miglioramento delle condizioni igieniche. Non voglio leggere le riviste scientifiche "peer-review" che lei menziona di continuo, non le leggo perché ci capisco poco e sinceramente mi va bene così. Preferisco fare affidamento su quei ricercatori indipendenti che osano discostarsi dal pensiero unico imposto dalla "comunità scientifica".

Casa abusiva. Non faccio mistero del fatto che la mia casa qui a Ischia è stata dichiarata "abusiva" (termine ambiguo) da alcuni specialisti inviati, mi pare, dalla Regione Campania. Anche qui cercherò di essere chiaro: la casa me la sono costruita col SUDORE e col SANGUE. Non è vero che è stata costruita con materiali scadenti, questa è una bugia fatta circolare dal Comune perché vogliono farmi la multa. Non ci riusciranno. Come già scritto, dovranno sul mio cadavere prima di toccare anche un solo mattone della mia abitazione qui a Casamicciola. Sono venuto a scrivere qui perché voi geologi avete preso di mira la nostra isola, ma i fatti dicono tutt'altro:

- qui non si vedono eruzioni vulcaniche da moltissimi secoli, quindi il vulcano si sta spegnendo, se non è già spento

- non c'è bradisisma come invece ogni tanto c'è Pozzuoli

- non si registra la presenza di faglie importanti

- le fumarole sono quasi inesistenti

Giù le mani delle nostre case!!!

A parte che non è la Scienza a ricorrere a metodi coercitivi ma è la cosa Pubblica a mettere in pratica i suggerimenti della Scienza, questa uscita si potrebbe concettualmente inserire in una categoria molto comune oggidì, quella dell’esercizio arbitrario di presunte ragioni.

Perchè c’è molto di arbitrario, nel senso di atteggiamento che dipende dalla volontà e dall'arbitrio del singolo senza riferimento a legge o norma esteriore (in questo caso in spregio a qualsiasi riferimento scientifico), mentre le sue ragioni sono presunte, molto presunte e assolutamente assurde sempre per la totale antiscientificità. Nello specifico, ho proprio parlato dei danni dovuti alla cattiva edilizia a Ischia dopo il terremoto dell'agosto 2017. 

GEOLOGI E CASSANDRE. Siamo davanti ad un classico esempio dell’atteggiamento italico di mettere la testa sotto la sabbia e far finta di nulla, credendo che evitando di parlare dei rischi, questi non ci siano: non è portare male, e la superstizione non fa parte del bagaglio della Scienza: si tratta semplicemente, nel caso, di una banale considerazione e cioè che un edifico non è in grado di reggere alle accelerazioni cosismiche possibili nell’area in cui è costruito, oppure si trova a rischio frana o alluvione; lo scienziato o il tecnico con questa uscita non aumentano le probabilità di un disastro, ma cercano di far percepire il rischio a chi si trova lì e a chi deve prendere decisioni al riguardo.

POPOLO E DEMOCRAZIA. Eh, no… non ci siamo proprio. Non è possibile accettare un contraddittorio fra chi sostiene una cosa scientificamente corretta e chi no. Perché se si tratta di una discussione scientifica un atteggiamento non scientifico non ha la minima dignità e, in ogni caso, non può essere considerato pari a quello scientifico. In altre parole non è proponibile un confronto scientifico a pari fra un ricercatore e un DJ o una mamma informata…. Purtroppo nel giornalismo italico (e, peggio ancora, nei talk-show) questa banale buona pratica viene messa in atto raramente.

Il lettore dice che non vuole leggere le riviste in peer-review sui vaccini. Bene, lo capisco. Primo perché la maggior parte di queste sono a pagamento a meno di non disporre come nel mio caso degli abbonamenti della biblioteca universitaria. Ma non le leggo neanche io perché non ci capirei niente, non essendo a conoscenza specifica dell’argomento. Ed è su questo (e cioè informare i non specialisti) che dovrebbe agire la divulgazione scientifica. Ma lui preferisce i famosi ricercatori indipendenti e considera il punto di vista della Scienza pensiero unico (è curioso che questo termine venga agitato spesso da chi vuole imporre il suo punto di vista..... per esempio anche gli estremisti religiosi affermano di battersi contro il pensiero unico)

La Scienza, come ho spiegato già più volte, per esempio qui, non è una democrazia, ma una datocrazia: si può discutere filosoficamente se Dio esiste o no, si può essere di destra o di sinistra etc etc, ma sulla Scienza si discute solo ed esclusivamente in base ai dati. Cioè, non si discute di Scienza come su una partita di calcio e i pareri di chi è esperto sono più importanti (e da considerare ben più autorevoli) di quelli di uno che quell’argomento non lo ha studiato. E come ho fatto notare, anche nei consessi scientifici le decisioni “a maggioranza” vengono prese ESCLUSIVAMENTE quando si tratta di applicare delle convenzioni: ad esempio, l’Unione Astronomica Internazionale ha deciso che Plutone non è più un pianeta maggiore, ma un “pianeta nano”, riservando quindi solo ad 8 corpi celesti il termine “pianeta del sistema solare”. Bene, questa è appunto una convenzione ma non cambia niente dal punto di vista scientifico, perché, pianeta o pianeta nano che sia, Plutone rimane quello lì.. cioè… nessuno ha deciso a maggioranza i suoi parametri orbitali, né, venendo alla Geologia, non è stato deciso a maggioranza che il limite Cretaceo – Terziario è a circa 64,5 milioni di anni… 

Non è dunque una questione di pensiero unico, ma di evidenze scientifiche, le quali possono chiaramente essere discusse (il dubbio è la base della ricerca scientifica!), ma questo solo partendo dai dati, che – per carità! – possono anche essere discussi nel modo in cui sono ottenuti e/o usati, ma sempre in modo scientifico e non fuffico. 

Facendo un esempio pratico, anche se la volontà popolare fosse quella di finanziare i cosiddetti studi sul radon di Giuliani, siccome le sue macchinette magiche non misurano nulla se non rumore di fondo, è perfettamente inutile dal punto di vista scientifico dargli dei soldi per farlo, per cui non gli vanno dati.

E tifare quindi per i ricercatori indipendenti è come discutere al bar sport o credere al mago Otelma. 

QUESTIONE VACCINI: NON SONO AUTOREVOLE SU QUESTO E NON NE PARLO. Il mio parere in questo campo non conta, semplicemente perché non ho competenze specifiche sull’argomento e quindi evito di parlarne. Ci sono professionisti che studiano specificamente l’argomento e quindi il mio pensiero è: mi adeguo a quello che propongono loro. Anche su “La Scienza risponde” quando intervengo su argomenti del genere lo faccio solo su questioni di metodo, lasciando che su questioni di merito se ne occupino specificamente i miei colleghi dello staff che nella vita si occupano specificamente di tali questioni. Faccio solo presente che la questione dei metalli pesanti e del rapporto con l’autismo sono solo delle immonde bufale, messe in giro da gente interessata a far quattrini sulle spalle dei gonzi. Questo è dimostrato dalla letteratura scientifica che mi è stata riportata da persone competenti. Linko a questo proposito una delle varie discussioni sul tema nella nostra pagina Facebook La Scienza risponde.

EDILIZIA ANTISISMICA. Le vittime non le fa il terremoto, ma la cattiva edilizia. Non condivido assolutamente il discorso che uno sia libero di fare quello che gli pare, perché le conseguenze del singolo caso incidono sempre nel complesso dell’emergenza e del dopo.

Ovviamente non conosco questo caso particolare, tantomeno non essendo un ingegnere strutturale sarei in grado di giudicare il provvedimento in base al quale l’edificio sia stato giudicato non idoneo. Però, una casa contemporaneamente abusiva e non idonea è un insulto al buon senso, alla legge e a tutti coloro che, con sacrifici non diversi da quelli citati, hanno costruito o comprato una casa edificata in armonia con le normative. La legge va rispettata. Punto e basta.

L’abusivismo edilizio (con i condoni al suo seguito) rappresenta una delle massime vergogne nazionali e fonte di disastri costati miliardi di euro ai contribuenti. Fosse abusiva dunque, tutta la mia simpatia va a chi ne deciderà l’abbattimento.

La sabbia calda nella spiaggia dei Maronti:
dimostrazione dell'attività vulcanica in corso

IL CASO SPECIFICO DI ISCHIA DAL PUNTO DI VISTA GEOLOGICO E GEOFISICO. Dal punto di vista geologico, inoltre, leggo una serie di errori devastanti che non capisco se siano solo un effetto di mancanza di cognizioni in materia o un bias intepretativo dovuto alla voglia di dimostrare a tutti i costi le sue presunte ragioni. A questo proposito faccio una serie di osservazioni:

• che il vulcano di Ischia sia spento perché “non si vedono eruzioni da tantissimi anni” (esattamente dal 1302) è una bestemmia vulcanologica. Ricordo incidentalmente che esattamente da quelle parti 2000 anni fa nessuno avesse capito di stare su un vulcano, proprio perché lo stesso era in quiescenza da parecchio tempo
• l’attività fumarolica (per esempio ai Maronti) dimostra praticamente, se ce ne fosse ancora bisogno, che l’attività vulcanica non è esaurita
• insomma, usare il parametro di qualche secolo per dire che un vulcano non è più in attività è una follia… 
• dopodichè… è proprio sicuro che non ci siano movimenti verticali nell’isola, anche se meno intensi che a Pozzuoli? Io sono sicuro del contrario, anche se questi movimenti sarebbero rilevabili solo tramite indagini satellitari e/o, forse, dall’evoluzione morfologica recente delle spiagge
• “faglie importanti”: bisogna chiedersi cosa voglia dire questo concetto. Se per faglia importante ne consideriamo una che possa produrre un evento sismico che per l’Italia si possa considerare “degno di nota” e quindi diciamo con M superiore a M 5.5, probabilmente Ischia è lontana dal focus principale di strutture del genere, e quindi al sicuro dagli effetti più sensibili dovuti ai grandi terremoti appenninici. Però quello che conta nella classificazione sismica non è la Magnitudo, bensì la massima accelerazione cosismica del terreno e a Ischia, essendo un vulcano attivo, i terremoti possono essere piuttosto superficiali, potendo provocare quindi un risentimento molto evidente che si traduce in un grado piuttosto elevato nella scala MCS (Mercalli – Cancani – Sieberg) anche in caso di M estremamente basse, come dimostrano gli eventi del 1883 e del... 2017 (di cui, come linkato all'inizio del post, me ne sono occupato qui)

Pertanto mi trova ampiamente d’accordo il provvedimento di classificare in zona 2 i comuni dell’isola, il che comporta l’obbligo per gli edifici di resistere ad una accelerazione cosismica di picco su terreno rigido compresa tra 0.15 e 0.25 g. Inoltre, particolari attenzioni devono essere posti sulla collocazione degli edifici in quanto molti suoli dell’isola si prestano a fenomeni di amplificazione superficiale delle onde sismiche.

corteo dei detentori di case abusive a Ischia

IN CONCLUSIONE. Se già costruire in modo abusivo è una cosa intollerabile, farlo senza considerare i criteri antisismici locali è completamente folle. Un suicidio potenziale che non può essere permesso in un Paese civile dotato di una comunità scientifica e tecnica molto preparata sull’argomento

PS: questo post è un esempio tipico della teoria della montagna di merda e cioè che qualcuno ci mette 2 minuti a scrivere delle bestialità e che un esperto ci mette una giornata intera a rispondere nel merito.

So benissimo che questo post non convincerà il lettore ischitano (anzi, se mi legge sarà ancora più incazzato di prima con il sottoscritto..), ma spero comunque che qualcun altro, in cerca di notizie in merito, leggendo il mio punto di vista e il suo, si convinca che il mio sia quello corretto

L'estinzione di massa del Carbonifero medio: un evento di cui si parla poco e le sue cause: un'altra relazione fra un evento biotico e una Large Igneous Province?

Il Carbonifero è diviso in inferiore (Mississipiano) e superiore (Pennsylvaniano). Questo passaggio è contrassegnato da un evento di estinzione di massa piuttosto importante, almeno negli oceani, le cui cause sono dibattute. Quelle che vanno per la maggiore sono una correlazione con l'avvento delle graciazioni del Paleozoico superiore e la chiusura del passaggio fra Euramerica e Gondwana, nel quadro del loro scontro che ha provocato l'orogenesi ercinica (il termine Varisica proprio non riesco a usarlo...). In realtà un lavoro recententissimo, che appunto sostiene il punto di vista della chiusura del mare fra Euramerica e Gondwana come causa dell'estinzione, fa vedere che l'evento coincide con una escursione negativa del rapporto fra gli isotopi del carbonio, sintomo della messa in posto di una Large Igneous Province. Ma quale LIP è stata il killer del serpukhoviano terminale? Un ottimo candidato è rappresentato dagli estesi basalti che si sono messi in posto nell'odierna Cina nordoccidentale, nella catena del Tianshan.

  

La gravità della crisi della fine del Serpukhoviano
secondo vari Autori 

UNA ESTINZIONE DI MASSA IMPORTANTE MA POCO CONOSCIUTA. Il passaggio Serpukhoviano – Bashkiriano (d’ora in poi SBB, Serpukhovian – Bashkirian Border) è anche il passaggio fra Carbonifero inferiore (Mississipiano) e Carbonifero superiore (Pennsylvaniano); è stato riconosciuto da tempo che l’SBB corrisponde ad un evento di estinzione di massa. Non si tratta di una estinzione minore: già nel 1996 Sepkosky lo classificò al settimo posto fra le estinzioni di massa più importante, con una perdita di biodiversità negli invertebrati marini del 26,5% (Sepkoski, 1996); Stanley (2007) fornisce numeri simili, anche se un pò più leggeri, classificandolo all’ottavo posto, con una perdita di biodiversità del 24%. Più recentemente l’estinzione Serpukhoviana è stata invece innalzata al quinto posto assoluto (McGhee et al., 2012). Solo per Hallam e Vignall (1997) si tratterebbe di un evento di secondaria importanza.

La biodiversità a livello di genere nel Paleozoico superiore evidenzia l'importanza
della crisi alla fine del Serpukhoviano (da Davydov e Cozar, 2017) 

La crisi del Serpukhoviano ha colpito soprattutto i generi di invertebrati marini che vivevano a latitudini ristrette, mentre ha risparmiato maggiormente quelli caratterizzati da una distribuzione latitudinale più ampia (Powell, 2008); nessun’altra caratteristica ecologica, come l’ampiezza della nicchia, l’area di dispersione geografica, la ricchezza di specie di uno specifico genere, le dimensioni corporee o l'habitat più o meno vicino alla costa hanno avuto un ruolo importante; pertanto è palese che siano stati favoriti i generi con maggiore tolleranza alle variazioni di temperatura. Sulle terre emerse il Serpukhoviano corrisponde ad un minimo nella diversità degli anfibi (Dunne et al, 2018), a cui segue un suo forte innalzamento. Ma non ho capito quanto la cosa sia dovuta a una disparità nella disponibilità di fossili. In precedenza alcuni articoli hanno parlato di una riduzione della diversità degli anfibi verso l’SBB. C’è inoltre da stare un attimo attenti a non confondere l’SBB con il “collasso delle foreste pluviali” che è avvenuto nel Carbonifero superiore, un po' più tardi dell'SSB.

L’ESTINZIONE ALLO SSB NON È STATA DETERMINATA DALL’AVVENTO DELLE GLACIAZIONI. Per molti Autori questo evento è attribuibile all’inizio dell'era glaciale del tardo paleozoico (più o meno come l’estinzione di fine Oligocene si colloca rispetto al ciclo glaciale che stiamo vivendo) e in effetti la questione della tolleranza alle variazioni di temperatura potrebbe esserne una conseguenza; però è anche stato stabilito che, dopo gli episodi temporanei fra fine Devoniano e inizio del Carbonifero di cui ho parlato nel post precedente, le tracce di una glaciazione permanente si collocano all’inizio del Serpukhoviano e non alla sua fine (Fielding et al, 2008), il che ci consente di rifiutare il nesso su base cronologica. 

Paleogeografia del Carbonifero medio con la collisione
fra Gondwana ed Euramerica (Larkin et al, 2016)

Le glaciazioni comunque potrebbero aver avuto un ruolo importante nel dopo – estinzione: normalmente alle estinzioni di massa segue un veloce recupero della biodiversità, con la rapida comparsa di faune totalmente nuove, mentre non vi è stato un significativo recupero della biodiversità negli ecosistemi marini in seguito alla crisi del SBB, dopo la quale sia i tassi di speciazione che quelli di estinzione sono rimasti insolitamente bassi per circa 50 MA (Stanley and Powell, 2003). Penso che proprio questo sia dovuto alle glaciazioni: ricordo che ancora adesso nelle aree tropicali abbiamo un numero maggiore di nicchie ecologiche rispetto alle alte latitudini e difatti ai tropici abbiamo tante specie con piccoli numeri mentre andando verso le alte latitudini diminuisce il numero delle specie ma aumenta il numero degli individui che vi appartengono. Non penso che un altro fattore determinante sia stato la presenza di sole due aree oceaniche, peraltro non troppo separate e cioè il grande oceano unico del Panthalassa e la più piccola Paleotetide, perché questa configurazione è durata ben oltre, fino al Giurassico. Invece giusto 50 milioni di anni dopo l’SBB inizia la fase che porterà alla fine delle glaciazioni.

UNA CAUSA PALEOGEOGRAFICA? Scartata l’ipotesi della glaciazione, altri autori puntano il dito sullo scontro tra i continenti di Euramerica e Gondwana, che in quel momento stava entrando nella parte finale, con la chiusura del passaggio oceanico che precedentemente li separava; in effetti secondo le ultime ricerche sulle faune oceaniche dell’epoca la chiusura del “corridoio rheico”, ultimo residuo di un oceano ben più vasto, sarebbe avvenuto proprio in corrispondenza del SBB (Davydoff e Cozar, 2017).

UNA LARGE IGNEOUS PROVINCE? Quella della chiusura del Corridoio Rheico è una coincidenza interessante, ma le cose potrebbero stare diversamente. Innanzitutto dobbiamo ricordare che non è detto che se due eventi si trovano uno dopo l’altro (o sono contemporanei), il secondo sia la conseguenza del primo.

E a questo punto sempre Davydov e Cozar fanno vedere un grafico piuttosto interessante che evidenzia una doppia escursione negativa del rapporto quantitativo fra gli isotopo 12 e 13 del Carbonio, il ∂13C: nel Serpukhoviano troviamo due diversi picchi distanti circa 5 milioni di anni, il primo nel Serpukhoviano superiore, il secondo proprio all’SBB. Quindi… abbiamo vinto a tombola!! Perchè?

Perchè normalmente questi picchi sono collegati con la messa in posto di una Large Igneous Provinces, e gli eventi di estinzione di massa sono normalmente collegati a Large Igneous Provinces. Ed è normale che una LIP si metta in posto in più impulsi (generalmente, sono tre di cui il secondo è il più forte).

Geochimica e cronostratigrafia nel Carbonifero medio: si notano le due escurioni negative
del ∂13C del Serpukhoviano, di cui la più importante è proprio prima dell' SBB
Da Davidov e Cozar, (2017)

La Large Igneous Province del Tianshan è uno dei più grandi eventi magmatici
in Asia dalla metà del Paleozoico ad oggi (immagine da Xia et al (2012)

QUALE LARGE IGNEOUS PROVINCE? A questo punto viene la ovvia domanda e cioè: in quel momento c'era una attività di Large Igneous Province in corso? La risposta è sì: nei dintorni del Tienshan, una delle catene montuose che si sono formate durante la chiusura dell’oceano Paleoasiatico per formare la enorme fascia orogenica dell’Asia centrale e la cui storia è ancora dibattuta (ne ho parlato qui). Subito dopo la chiusura dell’oceano paleoasiatico inizia una nuova serie di fenomeni magmatici: si tratta del “solito” magmatismo post-orogenico tipico della fase finale di molti scontri continente – continente, che troviamo per esempio nelle Alpi sia dopo l’orogenesi ercinica (ne ho parlato qui) e anche dopo quella alpina (Adamello), ma ne troviamo esempi praticamente dappertutto e in ogni tempo. Le prime fasi consistono in granodioriti della fine del Devoniano (Yin et al, 2017) e dell’inizIo del Carbonifero. Poi abbiamo la messa in posto di una successione di lave basaltiche dal chimismo tipicamente intraplacca (e quindi derivato da una risalita di materiale profondo dal mantello) e dallo spessore importante, in molte aree addirittura superiore ai 10 km sia nel Tenshan che nel bacino dello Junggar, situato a nord della catena (Xia et al, 2012).

La rapidità della messa in posto di questi basalti e il loro spessore sono tipici di una Large Igneous Province, e lo scenario di una relazioone fra queste eruzioni e l’estinzione di massa in concomitanza dell’SBB è, direi, piuttosto realistica, anche se le datazioni radiometriche non sono ancora perfettamente concordanti, sia pure nel range fra 335 e 325 milioni di anni. Su questa incertezza nella datazione bisogna ricordare che, come ho detto sopra, probabilmente anche questi basalti si sono messi in posto in più impulsi (i dati di Davydov e Cozar, appunto, ne suggeriscono due) ed è possibile che i campioni usati per le datazioni radiometriche facciano parte di più fasi dell’attività di questa LIP.

Per avere altre conferme della presenza di una LIP saranno comunque necessari altri studi, come per esempio una indagine su altre caratteristiche geochimiche dei sedimenti depositatisi in quel momento

Davydov e Cozar (2017) The formation of the Alleghenian Isthmus triggered the Bashkirian glaciation: Constraints from warm-water benthic foraminifera Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology in press

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