La fine del periodo cretaceo 66 milioni di anni fa fu un periodo difficile per vivere sulla Terra.
Tre catastrofi globali si sono verificati quasi contemporaneamente: il meteorite Chicxulub si è schiantato contro quella che ora è la penisola dello Yucatan in Messico, l'enorme provincia vulcanica di Deccan Traps nell'odierna India è scoppiata e circa tre quarti delle piante e degli animali terrestri, compresi tutti i dinosauri non aviari, si estinse. Il verificarsi di questi tre eventi contemporaneamente nella storia del nostro pianeta ha alimentato un dibattito decennale sui legami causali. O una grande sequenza di eruzioni vulcaniche o un impatto extraterrestre potrebbero concepibilmente causare un'estinzione di massa - ma erano tutti in qualche modo collegati?
Come scienziati della Terra, abbiamo motivo di credere che potrebbe esserci un altro evento da aggiungere all'elenco. La nostra nuova ricerca, pubblicata su Science Advances, mostra che l'impatto di Chicxulub potrebbe aver innescato un'attività vulcanica aggiuntiva lontano dalle trappole di Deccan - lungo decine di migliaia di miglia di creste vulcaniche sottomarine che si trovano ai bordi delle placche tettoniche. L'impatto del meteorite ha causato grandi onde sismiche che hanno viaggiato in tutto il mondo ed erano apparentemente in grado di far uscire il magma dal mantello e nella crosta oceanica. Questa sarebbe presumibilmente una cattiva notizia per i dinosauri e altre flora e fauna dell'epoca.
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È noto che l'attività sismica può innescare una varietà di fenomeni idrologici e talvolta anche eruzioni vulcaniche. All'indomani dei grandi terremoti vicini, i flussi secchi possono iniziare a fluire, ben i livelli possono salire o scendere e talvolta i geyser esplodono. Anche la sismicità scatena l'attività vulcanica, ma solo quando le condizioni sono giuste - è solo circa lo 0, 4 per cento delle eruzioni vulcaniche esplosive che potrebbero essere innescate da grandi terremoti.
Quindi il massiccio terremoto generato quando il meteorite Chicxulub si schiantò sulla Terra potrebbe essere correlato alle eruzioni in corso nelle trappole di Deccan? Questa provincia vulcanica copriva gran parte dell'India con flussi di lava in meno di un milione di anni. Un team di ricercatori guidato dall'Università della California, Berkeley (incluso uno di noi, Leif Karlstrom) ha rivisitato la possibilità di una connessione tra questi due eventi.
Gli sforzi più recenti per datare queste eruzioni hanno dimostrato chiaramente che le trappole di Deccan hanno iniziato a vomitare lava prima dell'impatto del meteorite e si è verificata l'estinzione di massa. Ma lo studio condotto da Berkeley ha suggerito che l'impatto di Chicxulub ha innescato un rapido aumento del loro tasso di eruzione. Se fosse vero, tutti e tre gli eventi potrebbero essere collegati in modo concepibile: l'impatto sarebbe seguito da un'attività vulcanica accelerata che potrebbe contribuire all'estinzione di massa.
Flussi di lava sott'acqua fuoriescono tra placche tettoniche, come ad Axial Seamount, dove si trova sopra le vecchie lavhe. (Bill Chadwick, Oregon State University e ROV Jason, Woods Hole Oceanographic Institution, CC BY-ND) **********
Se l'ipotesi di innesco per impatto è corretta, ci aspetteremmo che anche altri sistemi vulcanici sarebbero stati messi in moto.
In qualsiasi momento, la stragrande maggioranza dell'attività vulcanica sulla Terra non si sta verificando in inondazioni di magma che coprono il continente o in esplosioni come sul Monte Sant'Elena. È sul fondo del mare, dove le placche tettoniche si stanno allargando. Mentre la crosta terrestre si divide, lo strato di mantello per lo più solido si alza per riempire lo spazio creato. Si scioglie mentre si decomprime durante la salita.
Illustrazione di una cresta a metà oceano, con il magma che sale dal mantello ed esplode attraverso la crosta al confine tra placche tettoniche. (Background, E. Paul Oberlander, WHOI Graphic Services. Inset, Bill Chadwick, Oregon State University e ROV Jason, Woods Hole Oceanographic Institution. Modificato da Joseph Byrnes, CC BY-ND) Questo nuovo magma percorre la sua superficie e alimenta un'attività vulcanica quasi continua lungo quelle che sono conosciute come creste oceaniche. Questo processo crea praticamente tutta la crosta sul fondo dell'oceano. Poiché le età del fondale marino sono relativamente note, conserva un record di attività vulcanica oceanica che risale a oltre 100 milioni di anni fa. Questo notevole record di attività vulcanica crea un'opportunità per testare l'ipotesi scatenante.
Nel nostro nuovo studio, abbiamo utilizzato set di dati disponibili pubblicamente per registrare la struttura del fondale marino risalente a 100 milioni di anni fa. Dato che esistono mappe topografiche migliori per Marte e Venere rispetto a quelle per il fondo marino della Terra su scala globale, siamo stati costretti a usare metodi indiretti per cercare variazioni nelle strutture del fondo marino.
Variazioni minime della forza di gravità in diverse posizioni misurate dai satelliti forniscono lo strumento di mappatura necessario. I punti che hanno un'eccessiva quantità di roccia sul fondo del mare, come ci si aspetterebbe derivare da un'attività vulcanica accelerata, avranno una misurazione leggermente più forte per il campo gravitazionale terrestre.
Il tempo con le più piccole anomalie strutturali sul fondo del mare - che indica l'8% in più di anomalie di massa rispetto alla media - si verifica a 66 milioni di anni fa e coincide con l'età dell'impatto del meteorite Chicxulub. (Byrnes e Karlstrom, Sci. Adv. 2018; 4: eaao2994, CC BY-ND) Abbiamo quindi ispezionato il registro di queste "anomalie gravitazionali" per cercare eventuali modifiche alla struttura del fondo marino avvenute rapidamente. Abbiamo riscontrato un'insolita abbondanza di queste piccole anomalie strutturali sul fondo del mare avvenute entro 1 milione di anni dall'impatto di Chicxulub. Le anomalie della gravità sono coerenti con pile alte circa 650 piedi di materiale in eccesso che giace su un fondo marino di 66 milioni di anni negli oceani Indiano e Pacifico.
Il volume totale di materiale in eccesso è difficile da definire, perché una grande quantità di magma avrebbe potuto essere iniettato nella crosta inferiore dove avrebbe una firma gravitazionale più debole. Ma stimiamo che nel periodo dell'impatto di Chicxulub, nell'ordine di 23.000 a 230.000 miglia cubiche di magma scoppiarono dalle creste dell'oceano centrale, in tutto il mondo. Questo è alla pari con i più grandi eventi eruttivi nella storia della Terra da 4, 5 miliardi di anni, tra cui le Deccan Traps.
I punti segnano aree sul fondo del mare che mostrano alti tassi di diffusione al momento dell'impatto di Chicxulub 66 milioni di anni fa. I colori indicano l'anomalia di gravità massima entro 2 gradi. (Byrnes e Karlstrom, Sci. Adv. 2018; 4: eaao2994, CC BY-ND) **********
Le nostre osservazioni suggeriscono la seguente sequenza di eventi alla fine del periodo cretaceo. Poco più di 66 milioni di anni fa, iniziarono a scoppiare le trappole di Deccan - probabilmente iniziate da un pennacchio di roccia calda che sale dal nucleo della Terra, in qualche modo simile a ciò che sta accadendo sotto le Hawaii o Yellowstone oggi, che ha colpito il lato della placca tettonica dell'India. Le creste e i dinosauri dell'oceano centrale continuano la loro normale attività.
Circa 250.000 anni dopo, Chicxulub colpisce la costa di quello che diventerà il Messico. L'impatto provoca una grave perturbazione del clima terrestre, iniettando particelle nell'atmosfera che alla fine si depositerà in uno strato di argilla trovato in tutto il pianeta. All'indomani dell'impatto, l'attività vulcanica accelera forse da decine a centinaia di migliaia di anni. Le creste dell'oceano centrale esplodono grandi volumi di magma, mentre le eruzioni di Deccan Traps inondano la lava in gran parte del subcontinente indiano. Alla fine, tre quarti delle specie animali e vegetali della Terra sono scomparsi; gli unici dinosauri rimasti sono le varietà piumate e volanti, normalmente chiamate uccelli.
Ora, l'obiettivo è quello di affinare ulteriormente la nostra comprensione di ogni evento e delle loro interazioni. C'era abbastanza attività sulla cresta dell'oceano centrale per contribuire all'estinzione di massa, o il vulcanismo sottomarino innescato era semplicemente un sintomo di qualche disturbo planetario più significativo? Altri sistemi vulcanici sono stati innescati dall'impatto di Chicxulub? Che ha giocato un ruolo più importante nel guidare l'estinzione: il vulcanismo o la meteora?
Ciò che è chiaro è che questa nuova ricerca indica connessioni su scala globale tra catastrofi, un buon promemoria che gli eventi che accadono dall'altra parte del pianeta possono avere effetti percepiti ovunque.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Leif Karlstrom, Ricercatore di scienze della terra, Università dell'Oregon
Joseph Byrnes, Postdoctoral Associate of Earth Sciences, University of Minnesota
