Questa è la seconda di una serie in cinque parti scritta da esperti presenti nella nuova Hall of Fossils della Smithsonian — Deep Time, che aprirà la mostra l'8 giugno al National Museum of Natural History. La serie completa può essere trovata visitando il nostro rapporto speciale Deep Time
Centinaia di milioni di anni fa, enormi calotte di ghiaccio hanno ricoperto i continenti della Terra da costa a costa. Solo le cime delle montagne del pianeta si ergevano sopra il ghiaccio mentre i ghiacciai si frantumavano e si facevano strada attraverso la roccia fresca, serpeggiando lentamente verso le pianure innevate. Dove i ghiacciai incontrarono gli oceani, enormi blocchi di ghiaccio e roccia partirono dai ghiacciai e caddero in mare. La vita, per lo più alghe, cianobatteri e altri batteri, persisteva in qualche modo nelle piccole sacche prive di ghiaccio dell'acqua dell'oceano. Come un pianeta ghiacciato in un lontano sistema solare, la Terra durante i suoi anni formativi, una fase giovanile conosciuta come la Terra "Palla di Neve", era un posto molto diverso rispetto al pianeta prevalentemente blu di oggi.
Cambiamenti drammatici nel clima terrestre hanno affascinato da tempo i geoscienziati. I geoscienziati studiano periodi in cui la Terra era sostanzialmente diversa da oggi per conoscere la velocità e la tempistica dei cambiamenti climatici. La mistica di un pianeta quasi interamente coperto di ghiaccio, così irriconoscibile per noi oggi, è ovvia. L'incessante ambiguità di conoscere solo una parte della storia della Terra - una storia il cui inchiostro si attenua sempre più col tempo man mano che gli strati geologici originali vengono riciclati per crearne di nuovi - crea un ciclo costante di nuove scoperte mentre le prove vengono intrecciate iterativamente insieme.
Al centro di svelare il mistero della storia del nostro pianeta c'è la domanda: come funziona la Terra? I registri fossili indicano interazioni bidirezionali tra la vita e i sistemi terrestri. Queste interazioni sono governate dal ciclo del carbonio, una delicata macchina su scala planetaria che determina il clima terrestre. In definitiva, capire come funziona il ciclo del carbonio della Terra è apprezzare l'influenza umana che attualmente lo sta influenzando: nonostante l'ambiguità del passato, la nostra traiettoria attuale è unicamente certa.
L'ultima volta che è avvenuta una Snowball Earth è stato 640 milioni di anni fa, durante un periodo noto come Cryogenian. A quel tempo, la vita complessa non si era ancora evoluta, quindi è difficile sapere quale frazione della vita perì sotto il ghiaccio inospitale. Dopo circa dieci milioni di anni, il ghiaccio iniziò a ritirarsi, fornendo agli oceani abbondanti nutrienti per la vita. Questo buffet oceanico post-glaciale coincide con le prime prove fossili di spugne, e quindi potrebbe aver favorito l'emergere dei primi animali. Basandosi sui pochi strati rimanenti dell'antico fondale marino, gli scienziati pensano che il pianeta fosse quasi interamente congelato, non solo una volta, ma più volte nei suoi primi anni.
Al contrario, altri periodi nella storia della Terra sono stati estremamente caldi. Cinquantadue milioni di anni fa, durante l'Eocene, lussureggianti mega-foreste di cipressi palustri e sequoie dell'alba occupavano quello che oggi è il circolo polare artico, e i primi animali che avremmo riconosciuto come mammiferi apparvero nei reperti fossili. Periodi come l'Eocene sono spesso indicati come Terra "Serra", perché sono noti per coincidere con alti livelli di anidride carbonica nell'atmosfera.
Proprio come i riccioli d'oro alla ricerca del porridge alla giusta temperatura, il clima terrestre si è ripetutamente campionato dagli estremi.
Sebbene l'idea di alternare pianeti coperti da ghiaccio o infestati da paludi possa sembrare formidabile, tali importanti cambiamenti climatici si sono verificati per decine di milioni di anni, dando alla vita un sacco di tempo evolutivo per sviluppare nuove strategie per avere successo. Queste lente transizioni dai climi della Serra a quelli della Ghiacciaia sono il risultato di sottili cambiamenti nel ciclo geologico del carbonio terrestre.
Nel corso della storia della Terra, i vulcani hanno continuamente scaricato i carboni immagazzinati in profondità all'interno della Terra in risposta alle mutevoli placche tettoniche. L'anidride carbonica (CO2) proveniente da una serie di vulcani eruttanti si riversa nell'atmosfera, dove si dissolve nell'acqua piovana e ricade sulla Terra. Mentre l'acqua piovana percorre il terreno, dissolve la roccia, raccogliendo calcio lungo la strada. I sistemi fluviali trasportano quindi calcio e CO2 nell'oceano e quando precipita il carbonato di calcio o il calcare, spesso grazie a organismi calcificanti come coralli e molluschi, la CO2 viene infine bloccata.
Per alcuni aspetti, il ciclo del carbonio è un po 'come riscaldare una casa con un termostato rotto: quando il forno emette troppo calore o CO2, le finestre possono essere aperte per raffreddare la casa. Per il ciclo del carbonio, un aumento dell'attività dei vulcani riscalda il pianeta, che è bilanciato da un aumento degli agenti atmosferici delle rocce all'interno dei suoli, spostando più calcio e CO2 negli oceani per formare calcare e creando un feedback negativo che mantiene costanti i livelli di CO2 nell'atmosfera e per estensione, la temperatura del pianeta, sotto controllo. Questo tiro alla fune tra la fornace, o le emissioni globali di CO2, e le finestre, o gli agenti atmosferici delle rocce, determina in gran parte lo stato del clima terrestre. È facile vedere i vulcani come i nefasti attori in questo conflitto di guerra; tuttavia, gli agenti atmosferici rocciosi svogliati e insensibili all'interno dei suoli possono essere altrettanto malvagi.
Vapore e altri gas, come l'anidride carbonica, fuoriescono dal terreno vicino a un vulcano in Islanda. Anche se le piante assorbono anidride carbonica, nell'arco di milioni di anni la gran parte del carbonio viene restituita all'atmosfera, in modo tale che i vulcani hanno agito come fonte netta di anidride carbonica nell'atmosfera durante la storia della Terra. (Kate Maher) Miracolosamente, i suoli del pianeta sono per lo più abbastanza abili nell'aprire e chiudere le finestre, se concesso abbastanza tempo. In media, la durata di una molecola di carbonio nel sistema dell'atmosfera oceanica è di circa 300.000 anni, e quindi su scale temporali di milioni di anni la Terra è per lo più bilanciata dalle finestre aperte.
Tuttavia, le catastrofi climatiche si sono verificate molte volte nella storia della Terra, spesso in coincidenza con grandi estinzioni di massa. È difficile scoprire il colpevole dietro questi eventi catastrofici. A volte, eccessive emissioni vulcaniche coincidono sospettosamente con grandi sconvolgimenti nel ciclo del carbonio.
Alla fine del Permiano, 251 milioni di anni fa, le Trappole Siberiane scoppiarono sui giacimenti di carbone di quella che oggi è la Siberia, rilasciando così tanto carbonio che il riscaldamento globale e l'acidificazione degli oceani hanno sicuramente avuto un ruolo nella più grande delle estinzioni marine. Alla fine dell'estinzione di massa del Permiano, il 90% delle specie marine si estinse, poi lentamente, per milioni di anni, il bilancio del carbonio fu ristabilito e la vita recuperata. La vita sembrava diversa da prima, con la prima apparizione di ittiosauri e coralli sclerattiniani.
La mostra "Fossil Hall — Deep Time" di Smithsonian si aprirà l'8 giugno 2019 (Smithsonian.com) È allettante vedere la storia della Terra come uno sconvolgimento catastrofico seguito dalla creazione di nuove forme di vita sempre più complesse. Questo è vero, ma forse una storia più miracolosa è come due attori apparentemente disparati, vulcani che emettono CO2 e il continuum suolo-fiume-oceano che restituisce la CO2 all'interno della Terra, sono riusciti a mantenere il clima terrestre prevalentemente abitabile per miliardi di anni. Le stime dei suoli e delle piante fossili, nonché i depositi marini, suggeriscono che per almeno gli ultimi 600 milioni di anni i livelli di CO2 atmosferica sono stati per lo più entro cinque volte livelli preindustriali.
Per fare un confronto, lo scenario più pessimistico proposto dal Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici (IPCC) suggerisce che i livelli di CO2 atmosferica potrebbero avvicinarsi a valori 3-5 pre-industriali entro il 2100, livelli non visti dall'estinzione di massa della fine del Permiano. Per metterlo in prospettiva, gli umani ora emettono CO2 ad una velocità che è circa 68 volte quella che può essere restituita alla Terra solida attraverso gli oceani. Al momento non esiste un modo noto per aumentare il trasferimento di carbonio da suoli e fiumi di oltre il pochi percento, in modo tale che ci vorranno centinaia di migliaia di anni per rimuovere l'eccesso di CO2 dal sistema dell'atmosfera oceanica. Inoltre, a causa dei cambiamenti nell'uso del suolo e della crescita della popolazione, stiamo lentamente cortocircuitando i suoli, i fiumi e gli ecosistemi che lavorano collettivamente per trasferire CO2 dall'atmosfera agli oceani e infine al calcare.
È facile guardare i vasti oceani blu, le lussureggianti foreste verdi, i deserti delicati e le vette innevate attraverso l'obiettivo della storia della Terra e concludere che la Terra si prenderà cura di se stessa. La realtà è che la Terra non ha mai visto un agente geologico così rapido e implacabile come gli umani. Sebbene la Terra appaia molto diversa ora rispetto al passato, le lezioni della storia della Terra si applicano ancora: stiamo aumentando il calore molto più velocemente di quanto la Terra possa eventualmente aprire le finestre.
