La fertilizzazione vulcanica degli oceani ha guidato una grande estinzione di massa


I depositi vulcanici sia sulla terraferma che sul fondale marino si degradano rapidamente, rilasciando nutrienti come il fosforo negli oceani (qui è Montserrat, nelle Indie occidentali).

Gli scienziati dell’Università di Southampton hanno scoperto che due intensi periodi di vulcanismo hanno innescato un periodo di raffreddamento globale e di caduta dei livelli di ossigeno negli oceani, che ha causato una delle più gravi estinzioni di massa nella storia della Terra.

I ricercatori, lavorando con i colleghi dell’Università di Oldenburg, dell’Università di Leeds e dell’Università di Plymouth, hanno studiato gli effetti della cenere vulcanica e della lava sulla chimica degli oceani durante un periodo di cambiamenti ambientali estremi, circa 450 milioni di anni fa.

I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Geoscience.

Questo periodo ha portato a un intenso raffreddamento planetario, che è culminato in una glaciazione e nella grande “Estinzione di massa del tardo Ordoviciano“. Questa estinzione portò alla perdita di circa l’85% delle specie che abitavano gli oceani, rimodellando il corso dell’evoluzione della vita sulla Terra.

È stato suggerito che il raffreddamento globale sia stato guidato da un aumento dell’apporto di fosforo negli oceani” dice il Dr. Jack Longman, autore principale dello studio con sede presso l’Università di Oldenburg, e precedentemente ricercatore post-dottorato a Southampton. “Il fosforo è uno degli elementi chiave della vita, determinando il ritmo al quale i piccoli organismi acquatici come le alghe possono usare la fotosintesi per convertire l’anidride carbonica (CO2) in materia organica“. Questi organismi alla fine si depositano sul fondo del mare e vengono sepolti, riducendo in definitiva i livelli di anidride carbonica nell’atmosfera, che poi provoca il raffreddamento.

I depositi vulcanici sia sulla terraferma che sul fondo del mare sono rapidamente erosi dal tempo, rilasciando nutrienti come il fosforo negli oceani (l’esempio mostrato qui è Montserrat, nelle Indie Occidentali).

L’enigma irrisolto è perché la glaciazione e l’estinzione si sono verificate in due fasi distinte in questo periodo, separate da circa 10 milioni di anni“, afferma il dottor Tom Gernon, professore associato presso l’Università di Southampton e coautore dello studio. “Questo richiede un qualche meccanismo per pulsare la fornitura di fosforo, che è difficile da spiegare“.

Il team ha identificato che due impulsi eccezionalmente grandi di attività vulcanica in tutto il mondo, che si sono verificati in parti dell’attuale Nord America e della Cina meridionale, hanno coinciso molto strettamente con i due picchi di glaciazione ed estinzione. “Ma intense esplosioni di vulcanismo sono più tipicamente legate al massiccio rilascio di CO2, che dovrebbe guidare il riscaldamento globale, quindi un altro processo deve essere responsabile di improvvisi eventi di raffreddamento“, spiega il dottor Gernon.

Questo ha spinto il team a considerare se un processo secondario – la degradazione naturale o “weathering” del materiale vulcanico – possa aver fornito l’aumento di fosforo necessario per spiegare le glaciazioni.

Quando il materiale vulcanico si deposita negli oceani, subisce una rapida e profonda alterazione chimica, compreso il rilascio di fosforo, fertilizzando efficacemente gli oceani“, afferma il coautore professor Martin Palmer dell’Università di Southampton. “Quindi, è sembrata un’ipotesi fattibile e certamente una che vale la pena di testare“.

Un brusco cambiamento climatico alla fine del periodo Ordoviciano (450-440 milioni di anni fa) ha causato la seconda più grande estinzione di massa nella storia della Terra, compresa la scomparsa del trilobite Selenopeltis (nella foto, nel Museo di Storia Naturale dell’Università di Oxford).

Questo ha portato il nostro team a studiare gli strati di cenere vulcanica in sedimenti marini molto più giovani per confrontare il loro contenuto di fosforo prima e dopo che sono stati modificati dalle interazioni con l’acqua di mare” ha detto il dottor Hayley Manners, docente di chimica organica all’Università di Plymouth. Dotata di queste informazioni, la squadra si è trovata in una posizione migliore per capire il potenziale impatto geochimico di ampi strati vulcanici provenienti da enormi eruzioni durante l’Ordoviciano.

Questo ci ha spinto a sviluppare un modello biogeochimico globale per capire gli effetti a catena sul ciclo del carbonio di una rapida aggiunta di fosforo lisciviato dai depositi vulcanici nell’oceano“, dice il dottor Benjamin Mills, professore associato all’Università di Leeds e co-autore dello studio.

Il team ha scoperto che le diffuse coperte di materiale vulcanico depositate sul fondo del mare durante il periodo Ordoviciano avrebbero rilasciato abbastanza fosforo nell’oceano per guidare una catena di eventi, tra cui il raffreddamento climatico, la glaciazione, la diffusa riduzione dei livelli di ossigeno oceanico e l’estinzione di massa.

Mentre si potrebbe essere tentati di pensare che seminare gli oceani con il fosforo possa aiutare a risolvere l’attuale crisi climatica, gli scienziati avvertono che questo potrebbe avere conseguenze più dannose. “Il deflusso di nutrienti in eccesso da fonti come i fertilizzanti agricoli è una delle principali cause dell’eutrofizzazione marina, dove le alghe crescono rapidamente e poi si decompongono, consumando ossigeno e causando danni sostanziali agli ecosistemi attuali”, avverte il dottor Mills.

Gli scienziati concludono che mentre su brevi scale temporali le eruzioni vulcaniche massicce possono riscaldare il clima attraverso le emissioni di CO2, allo stesso modo possono guidare il raffreddamento globale su scale temporali multimilionarie. “Il nostro studio può indurre a indagare nuovamente su altre estinzioni di massa durante la storia della Terra“, conclude il dottor Longman.

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