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Un piccolo fossile di trilobite proveniente dagli strati dell'Ordoviciano nelle Svalbard, Norvegia. Credito immagine: Adam Jost

Su un pianeta la temperatura è molto importante, poiché da essa dipende la diversità della vita che quel pianeta potrà ospitare. Per questo i geologi del MIT hanno realizzato un nuovo importante studio per stabilire una storia climatica della Terra durante il Paleozoico, tra 510 e 440 milioni di anni fa, un periodo cruciale in cui gli animali divennero abbondanti in un mondo precedentemente dominato dai microbi. È dunque di grande importanza ricostruire una linea temporale della temperatura della Terra durante la prima era Paleozoica.

In questo studio il team ha registrano cali e picchi della temperatura globale durante il Paleozoico iniziale. Sembrerebbe che queste variazioni di temperatura coincidano con i cambiamenti nella diversità di vita sul pianeta: i climi più caldi favorivano la vita microbica, mentre le temperature più fredde consentivano ad animali più diversificati di prosperare.

 

Le analisi della temperatura grazie ai gusci di piccoli organismi

Questa nuova ricerca, molto più dettagliata e precisa dei precedenti studi, si basa sull’analisi dei fanghi carbonatici, un tipo comune di calcare che si forma da sedimenti ricchi di carbonato depositati sul fondo del mare e compattati nel corso di centinaia di milioni di anni.

Fino ad ora infatti, per stimare la temperatura della Terra molti milioni di anni fa, gli scienziati hanno analizzato i fossili, in particolare, i resti di antichi organismi i cui gusci sono precipitati dall’acqua di mare e sono poi finiti sui fondali. Quando si verifica la precipitazione, la temperatura dell’acqua circostante può modificare la composizione dei gusci, alterando le abbondanze relative di due isotopi di ossigeno: ossigeno-16 e ossigeno-18.

In questo modo, gli scienziati hanno utilizzato gli antichi gusci di carbonato per risalire alla temperatura dell’acqua marina circostante, e da questa al clima generale della Terra, nel momento in cui i gusci sono precipitati per la prima volta. Ma questo approccio ha portato gli scienziati a poter ricostruire la storia climatica solo fino ai primi fossili.

 

Dai gusci al fango: riscrivere la storia climatica in modo più dettagliato

Ma la stessa reazione precipitante nei gusci si verifica anche nel fango carbonatico. Fino ad ora i geologi presumevano che l’equilibrio isotopico nei fanghi carbonatici sarebbe stato più vulnerabile ai cambiamenti chimici che non a quelli climatici, per questo sino ad ora non era mai stato preso in considerazione nelle ricerche sulla storia climatica preistorica del nostro pianeta.

Per stabilire se i fanghi carbonatici potrebbero aver preservato le tracce della loro temperatura circostante, il team ha utilizzato la “geochimica degli isotopi agglomerati”, una tecnica utilizzata nel laboratorio di Bergmann, che analizza i sedimenti per l’aggregazione, o l’accoppiamento, di due isotopi pesanti: ossigeno-18 e carbonio-13. La probabilità che questi isotopi si accoppino nei fanghi carbonatici dipende dalla temperatura ma non è influenzata dalla chimica dell’oceano in cui si formano i fanghi.

La combinazione di questa analisi con le tradizionali misurazioni degli isotopi dell’ossigeno fornisce ulteriori vincoli sulle condizioni sperimentate da un campione tra la sua formazione originale e il presente.

Il team ha ritenuto che questa analisi potesse essere una buona indicazione del fatto che i fanghi carbonatici siano rimasti invariati nella composizione dalla loro formazione. Per estensione, questo potrebbe significare che il rapporto ossigeno-18 a -16 in alcuni fanghi rappresenta accuratamente la temperatura originale alla quale si sono formate le rocce, consentendo il loro utilizzo come record climatico.

 

La ricerca tra i fanghi artici alle Svalbard e Terranova

I ricercatori hanno testato la loro idea su campioni di fanghi carbonatici che hanno estratto da due siti, uno nelle Svalbard, nell’Oceano Artico e l’altro nella parte occidentale di Terranova. Entrambi i siti sono noti per la presenza di rocce esposte che risalgono all’inizio dell’era Paleozoica.

Nel 2016 e nel 2017, le squadre hanno raccolto nei due siti campioni di fanghi carbonatici da strati di sedimenti depositati che coprono un periodo di 70 milioni di anni, dal Cambriano centrale, quando gli animali hanno iniziato a prosperare sulla Terra, dell’Ordoviciano e dell’era Paleozoica.

Quando hanno analizzato i campioni per gli isotopi raggruppati, hanno scoperto che molte delle rocce avevano subito pochi cambiamenti chimici dalla loro formazione. Hanno usato questo risultato per compilare i rapporti isotopici dell’ossigeno delle rocce da 10 diversi siti paleozoici primitivi per calcolare le temperature alle quali si sono formate le rocce.

Le temperature calcolate dalla maggior parte di questi siti erano simili alle registrazioni di temperatura ottenute analizzando i fossili. La linea temporale della temperatura durante il Paleozoico iniziale creata con l’analisi dei fanghi è stata poi confrontata con la documentazione fossile di quel periodo, per mostrare che la temperatura ha avuto un grande effetto sulla diversità della vita sul pianeta.

 

Una storia climatica della Terra sempre più precisa

Come ha dichiarato Sam Goldberg, uno studente laureato del Dipartimento di Scienze della Terra, dell’Atmosfera e del Pianeta (EAPS) del MIT, autore principale dell’articolo, “abbiamo scoperto che quando faceva più caldo alla fine del Cambriano e all’inizio dell’Ordoviciano, c’era anche un picco nell’abbondanza microbica. Da lì [il clima] si è raffreddato andando verso la metà del tardo Ordoviciano, quando osserviamo abbondanti fossili di animali, prima che una sostanziale era glaciale finisse l’Ordoviciano.”

“In precedenza le persone potevano osservare solo le tendenze generali utilizzando i fossili. Poiché abbiamo usato un materiale che è molto abbondante, noi potremmo creare un record ad alta risoluzione e osservare gli alti e bassi [della temperatura] definiti in modo più chiaro”.

Il team sta ora cercando di analizzare i fanghi più vecchi, risalenti a prima della comparsa degli animali, per misurare i cambiamenti di temperatura della Terra prima di 540 milioni di anni fa. La storia climatica del nostro pianeta si spingerà dunque ancora più indietro nel tempo.

Ph. Credit: Adam Jost