Come le eruzioni vulcaniche hanno innescato l’acidificazione dell’oceano durante il primo Cretaceo

Le eruzioni vulcaniche – l’oceano

Circa 120 milioni di anni fa, la terra ha subito una catastrofe ambientale che ha causato il collasso dell’ossigeno proveniente dagli oceani.

Conosciuto come evento anossico oceanico (OAE 1a), l’acqua priva di ossigeno ha portato ad una minore – ma significativa – estinzione di massa che ha colpito l’intero globo. Durante quest’epoca, nel primo Cretaceo, un’intera famiglia di nannoplancton marini è praticamente scomparsa.

Misurando le abbondanze di isotopi di calcio e di stronzio nei fossili di nannoplancton, alcuni scienziati del nord-ovest – in particolare studiosi delle scienze della terra – hanno concluso che l’eruzione della grande provincia ignea dell’Ontong Java Plateau (LIP) ha innescato direttamente l’OAE1a.

All’incirca delle dimensioni dell’Alaska, il LIP di Ontong Java ha eruttato per sette milioni di anni, rendendolo uno dei più grandi eventi LIP mai conosciuti. Durante questo periodo, ha sprigionato tonnellate di anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera, spingendo la Terra in un periodo di serra che ha acidificato l’acqua di mare e soffocato gli oceani.

Torniamo indietro nel tempo per studiare i periodi di serra perché la Terra si sta dirigendo verso un altro periodo di serra“, ha detto Jiuyuan Wang, un dottorando della Northwestern e primo autore dello studio. “L’unico modo per guardare al futuro è capire il passato“.

Lo studio è stato pubblicato il 16 dicembre sulla rivista Geology. È il primo studio che applica misure stabili di isotopi di stronzio allo studio degli eventi anossici dell’oceano antico.

Andrew Jacobson, Bradley Sageman e Matthew Hurtgen – tutti professori di scienze della terra e planetarie al Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences – sono stati i coautori dello studio. Wang è co-consigliato da tutti e tre i professori.

Le eruzioni vulcaniche: indizi all’interno dei nuclei

Le conchiglie di nannoplancton e molti altri organismi marini, costruiscono i loro gusci con il carbonato di calcio; che è lo stesso minerale che si trova nel gesso, nel calcare e in alcune pastiglie antiacido.

Quando la CO2 atmosferica si scioglie nell’acqua di mare, forma un acido debole che può inibire la formazione di carbonato di calcio. E può anche sciogliere il carbonato preesistente.

Per studiare il clima della terra durante il primo Cretaceo, i ricercatori hanno esaminato un nucleo di sedimenti lungo 1.600 metri prelevato dalle montagne del medio Pacifico.

I carbonati del nucleo si sono formati in un ambiente tropicale di acque poco profonde, circa 127-100 milioni di anni fa e si trovano attualmente nel profondo dell’oceano.

Se si considera il ciclo del carbonio della Terra, il carbonato è uno dei più grandi serbatoi di carbonio“, sottolinea Sageman. “Quando l’oceano si acidifica, fondamentalmente fonde il carbonato. Possiamo vedere che questo processo ha un impatto sul processo di biomineralizzazione degli organismi che usano il carbonato per costruire i loro gusci e scheletri in questo momento, ed è una conseguenza dell’aumento osservato di CO2 nell’atmosfera dovuto alle attività umane“.

Lo stronzio come prova corroborante

Diversi studi precedenti, hanno analizzato la composizione degli isotopi di calcio del carbonato marino del passato geologico. I dati possono essere interpretati in vari modi, tuttavia, il carbonato di calcio può cambiare nel tempo, oscurando i dati acquisiti durante la sua formazione.

In questo studio, i ricercatori nordoccidentali hanno anche analizzato gli isotopi stabili dello stronzio – un oligoelemento che si trova nei fossili di carbonato – per ottenere un quadro più completo.

I dati degli isotopi del calcio possono essere interpretati in vari modi“; dichiara Jacobson. “Il nostro studio sfrutta l’osservazione che gli isotopi del calcio e dello stronzio si comportano in modo simile durante la formazione del carbonato di calcio, ma non durante l’alterazione che avviene al momento della sepoltura. In questo studio, l’isotopo calcio-stronzio ‘multi-proxy’ fornisce una forte evidenza che i segnali sono ‘primari’ e si riferiscono alla chimica dell’acqua di mare durante OAE1a“.

Gli isotopi stabili dello stronzio hanno meno probabilità di subire alterazioni fisiche o chimiche nel tempo“, ha aggiunto Wang. “Gli isotopi del calcio, invece, possono essere facilmente alterati in determinate condizioni”.

Il LIP

Il team ha analizzato gli isotopi del calcio e dello stronzio, utilizzando tecniche di alta precisione nel laboratorio sterile di Jacobson alla Northwestern. I metodi prevedono la dissoluzione di campioni di carbonato e la separazione degli elementi, seguita da un’analisi con uno spettrometro di massa a ionizzazione termica.

I ricercatori hanno a lungo sospettato che le eruzioni di LIP ( Large Igneous Province – accumuli estremamente grandi di rocce magmatiche), causano l’acidificazione degli oceani.

C’è un legame diretto tra l’acidificazione degli oceani e i livelli di CO2 nell’atmosfera”, ha detto Jacobson. “Il nostro studio fornisce prove chiave che collegano l’eruzione del LIP dell’Ontong Java Plateau all’acidificazione degli oceani. Questo è qualcosa che la gente si aspettava dovrebbe essere il caso sulla base di indizi tratti dal registro dei fossili, ma mancavano dati geochimici“.

Le eruzioni vulcaniche: simulazione del riscaldamento futuro

Comprendendo come gli oceani hanno reagito al riscaldamento climatico e all’aumento della CO2 atmosferica, i ricercatori possono capire meglio come la terra stia rispondendo all’attuale mutazione climatica causata dall’uomo. Gli esseri umani stanno spingendo la terra verso un nuovo clima, che sta acidificando gli oceani; e probabilmente causando un’altra estinzione di massa.

La differenza tra i periodi di serra passati e l’attuale riscaldamento causato dall’uomo è nella scala temporale“. Rileva Sageman. “Gli eventi del passato si sono svolti nell’arco di decine di migliaia o milioni di anni. Stiamo facendo accadere lo stesso livello di riscaldamento (o più) in meno di 200 anni“.

Il modo migliore per capire il futuro è la modellazione al computer“. Conclude Jacobson. “Abbiamo bisogno di dati climatici del passato per contribuire a plasmare modelli più accurati del futuro“.

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