233 milioni di anni fa un evento vulcanico nella provincia di Wrangellia, di cui abbiamo oggi testimonianze in Canada occidentale ed in Alaska, sconvolse gli ecosistemi globali in un modo così intenso da lasciare una traccia indelebile nella storia della vita. L’impatto del cambiamento climatico collegato alle eruzioni fu talmente forte da determinare una nuova estinzione di massa - forse non così estrema come le big five che sono avvenute tra 450 e 65 milioni di anni fa, ma comunque molto rilevante - e, questo è l’aspetto più importante, permise una grande fase di diversificazione da cui si è originato il mondo che conosciamo.

A descrivere il nuovo evento di estinzione, in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Science Advances, è stato un team internazionale di geologi e paleontologi, guidato da Jacopo Dal Corso della China University of Geosciences, di cui fanno parte anche ricercatori delle Università di Padova e Ferrara, del CNR, del Museo delle Scienze di Trento e del Museo di Scienze Naturali dell'Alto Adige. Gli studiosi hanno esaminato prove geologiche e paleontologiche raccolte in decenni di rilievi sul campo, analisi di laboratorio e modellizzazioni e sono arrivati a individuare in un’enorme eruzione vulcanica, che produsse circa un milione di chilometri cubi di magma, la causa di un improvviso cambiamento climatico che si manifestò con una fase di riscaldamento globale associata ad un forte aumento delle precipitazioni che durò un milione di anni. Per questo motivo la nuova estinzione di massa è stata denominata Episodio Pluviale Carnico e le Alpi orientali, dove le rocce che rappresentano questa epoca del Triassico superiore sono molto abbondanti, sono state una preziosa fonte di informazioni per i ricercatori.

“Studiare gli eventi del passato ci dà l'opportunità di comprendere cosa succede prima, durante e dopo un grande cambiamento climatico, e questi dati sono preziosi per capire cosa sta accadendo oggi e cosa potrebbe accadere nel futuro”, introduce il professor Jacopo Dal Corso che, dopo aver conseguito il dottorato all'università di Padova, ha avuto diverse esperienze all’estero che lo hanno portato prima in Germania e in Inghilterra e attualmente lavora alla China University of Geosciences di Wuhan. 

Dal Corso, primo autore dello studio, ci ha poi spiegato come è stata rilevata l’esistenza di una perturbazione del ciclo di carbonio, quali sono state le conseguenze e per quanto tempo si sono protratte. Riflessioni che portano anche a fare qualche comparazione con l'attuale impronta umana sul clima. “Per definire la perturbazione del ciclo del carbonio durante l'Episodio Pluviale Carnico abbiamo analizzato il carbonio (gli isotopi stabili del carbonio) nelle rocce che registrano il lasso temporale che va da poco prima a dopo il cambiamento climatico. Queste analisi ci hanno permesso di comprendere che grandi quantità di CO₂ sono state iniettate nell'atmosfera all'inizio della variazione climatica e che questa CO₂ è molto probabilmente legata ad una intensa attività magmatica. Sappiamo che la perturbazione si è protratta per circa 1 milione di anni e che è avvenuta in pulsi distinti. La perturbazione del ciclo del carbonio è coeva ad una crescita della temperatura globale (global warming) di circa 6°C e ad un forte aumento del ciclo idrologico, cioè ad un aumento dell’intensità delle precipitazioni. Tutto ciò è molto simile a quanto osservato anche per altre grandi estinzioni del passato: rapide emissioni di CO₂ causano vasti cambiamenti ambientali e distruzione degli ecosistemi. Purtroppo è anche simile a ciò che sta accadendo oggigiorno: la CO₂ in atmosfera sta aumentando, così come le temperature globali e le precipitazioni intense”.

Abbiamo approfondito i dettagli della nuova estinzione di massa insieme ai professori dell'università di Padova che hanno partecipato alla ricerca: Andrea Marzoli, del dipartimento Territorio e sistemi agro-forestali, ha studiato le eruzioni vulcaniche associata a questa e ad altre estinzioni, Nereo Preto, del dipartimento di Geoscienze, si è occupato principalmente dello studio degli strati rocciosi. "Lo studio sul Carnico è cominciato dal lavoro dei paleontologi e stratigrafi e poi si è andati alla ricerca di una possibile smoking gun, vale a dire i motivi all’origine di questo evento di estinzione di massa", ha spiegato Marzoli.

Le grandi estinzioni di massa finora identificate dai paleontologi sono cinque e negli ultimi anni siamo soliti riferirci alla sesta estinzione intendendo la drammatica perdita della biodiversità che si sta verificando come conseguenza dell’impatto antropico sul pianeta e sul clima. L'Evento pluviale carnico, chiarisce Preto, "probabilmente non ha avuto un impatto paragonabile a quello delle big five, ma l’aspetto davvero speciale è da ricercarsi, più che nella portata delle estinzioni, in tutto quello che è venuto dopo: dal Carnico sono nati ecosistemi che sono presenti ancora oggi", come le prime moderne foreste di conifere, ma anche i coralli. 

"Le rocce che risalgono al periodo del Carnico - introduce il professor Nereo Preto, del dipartimento di Geoscienze dell'università di Padova - sono abbondanti nella regione delle Alpi orientali e quindi a Padova siamo vicini all’area in cui questo intervallo di tempo è meglio rappresentato nelle rocce. L’idea che nel Carnico sia avvenuto uno stravolgimento ecologico è nata negli anni ’80: i primi ad accorgersene sono stati degli autori inglesi, M. J. Simms e A. H. Ruffell, che scrissero un paio di articoli in cui evidenziarono che nel Carnico ci fu un evento di estinzione legato ad un cambiamento del clima globale. Questi articoli furono però essenzialmente ignorati per una ventina di anni finché alcuni studiosi dell’università di Padova, tra cui Piero Gianolla che attualmente è docente a Ferrara, cominciarono ad interessarsi a cosa accadde nel Carnico perché notarono che le rocce risalenti a quel periodo, ovunque si vada nel mondo, sono particolari, più ricche di sedimento e contengono fossili che suggeriscono che in quel momento piovesse di più. Durante il mio dottorato, che ho svolto a Padova agli inizi degli anni 2000, mi sono occupato di rocce carniche e successivamente insieme ad un gruppo di stratigrafi - ricercatori che si occupano di rocce sedimentarie deposte una sopra l’altra per capire come correlano le successioni di strati - abbiamo iniziato a lavorare sempre di più su questo intervallo di tempo. Ci eravamo resi conto che gli inglesi avevano scoperchiato un vaso di Pandora ma nessuno, fino ad allora, si era accorto che dentro ci fosse qualcosa". 

Il vaso di Pandora cominciò così a rivelare il suo contenuto. "Abbiamo iniziato - entra nel dettaglio il professor Nereo Preto - a mostrare come correlavano questi strati e ad evidenziare che in effetti, in ogni parte del mondo, hanno delle caratteristiche che provano che piovesse di più. Abbiamo cominciato a raccogliere dati finché ci siamo resi conto che le cose che succedevano nel Carnico somigliavano in modo inquietatante a quelle accadute in altri momenti, comprese le cinque grandi estinzioni di massa. In particolare, il ciclo del carbonio sul pianeta Terra sembrava essere perturbato perché la quantità di carbonio in atmosfera era improvvisamente aumentata. E’ un po’ quello che sta succedendo adesso con il riscaldamento globale: noi preleviamo carbonio dal sottosuolo sotto forma di idrocarburi, lo bruciamo e finisce in atmosfera. Il carbonio in eccesso contribuisce all’effetto serra del pianeta e all’aumento delle temperature. Noi attualmente stiamo assistendo ad un cambiamento del clima che ci appare veloce rapportato alla vita di un uomo. Nelle rocce però il tempo della vita di un uomo non lo possiamo misurare perché è uno spessore invisibile. Se il cambiamento climatico a cui assistiamo oggi procedesse per centomila anni ad un ritmo inalterato nelle rocce vedremmo dei segni disastrosi. E le rocce talvolta ci permettono di osservare questi fenomeni perché i centomila anni sono lì presenti, in un metro o due metri".

Ma quale sconvolgimento catastrofico poteva aver determinato un cambiamento climatico così improvviso? "Gli altri cinque eventi di estinzione di massa, ad eccezione forse soltanto di quello avvenuto alla fine del Cretacico e che ha portato all’estinzione dei dinosauri, sono stati provocati - sottolinea il professor Andrea Marzoli, del dipartimento Territorio e sistemi agro-forestali dell'università di Padova, da grandi eventi vulcanici. Per esempio, la più grande di tutte le estinzioni che conosciamo, quella alla fine del Permiano che avvenne 252 milioni di anni fa, è associata ad un’enorme eruzione avvenuta in Siberia che ha coinvolto grandissimi volumi di magma basaltico e ha portato all’interazione tra questo magma e la crosta attraversata per arrivare in superficie. Questo fenomeno ha determinato l’emissione di enormi quantità di CO2, metano e zolfo che, alla fine del Permiano, ha portato a fortissimi cambiamenti sia a livello di chimica degli oceani, con un’elevata acidificazione, sia in termini di aumento dell’effetto serra in atmosfera. Lo studio sul Carnico è cominciato dal lavoro dei paleontologi e stratigrafi e poi si è andati alla ricerca di una possibile smoking gun, vale a dire i motivi all’origine di questo evento di estinzione di massa".

"Riteniamo di aver identificato la causa - approfondisce Andrea Marzoli - nella provincia magmatica di Wrangellia che si trova attualmente tra il nord ovest degli Stati Uniti e l’ovest del Canada, fino in Alaska. Lungo tutta questa zona affiorano grossi volumi di magma effusivo, colate di lava e rocce magmatiche intruse all’interno della crosta. Queste rocce hanno un’età simile tra di loro e parliamo di poco più di un milione di chilometri cubi di magma basaltico ancora esistente. Probabilmente tutte queste rocce provengono da un grande evento vulcanico avvenuto in quello che era una volta l’oceano Pacifico, per meglio dire proto-Pacifico, e tutto questo magmatismo potrebbe essere la causa dell’incremento della CO2 in atmosfera durante il periodo del Carnico, un aumento che portò a modifiche del ciclo di carbonio su scala globale e a un conseguente impatto a livello biologico sulle specie che abitavano il pianeta. La datazione di queste rocce - precisa Marzoli - non è ancora ben definita, ma abbiamo delle datazioni relative che sono rese possibili dal fatto che conosciamo l’età dei sedimenti rilevati sotto queste rocce vulcaniche e sopra di esse. I nostri studi ci hanno però permesso di rilevare che l’età di queste eruzioni coincide con quella dell’evento di estinzione. Adesso il nostro obiettivo è andare a campionare queste rocce in Canada e datarle con metodi isotopici, molto precisi, che permettono di stabilire l’età con un margine di errore di soli 10 mila anni, anche se parliamo di rocce che risalgono a 230 milioni di anni fa".

Non è semplice ricostruire, anche solo con l'immaginazione, l'aspetto che poteva avere il nostro pianeta 230 milioni di anni fa. Dopo l'Evento pluviale carnico la distanza rispetto al mondo che conosciamo cominciò però a ridursi. "Il mondo del Triassico - conferma il professor Nereo Preto - non è nemmeno lontanamente simile al nostro. A dominare gli ambienti erano i boschi, mentre i prati erano assenti in quanto costituiti da angiosperme che in quel periodo non esistevano. Le piante che era possibile trovare sono soprattutto conifere, anche se poche somigliano a quelle attuali, i ginko, che oggi sono piante rare e non fanno ecosistemi quasi da nessuna parte ma nel Triassico erano abbondanti, cicadali, felci ed equiseti. Questo ecosistema non somigliava a quello attuale, ma in conseguenza dell’evento climatico del Carnico molte di queste specie di piante hanno subito una crisi e sono state sostituite abbastanza rapidamente da altre piante. Le conifere moderne hanno origine proprio nel Carnico, non nel senso che siano nate in quel periodo ma è in quel momento che cominciano a dominare gli ecosistemi".

"Purtroppo però - precisa il docente del dipartimento di Geoscienze dell'università di Padova - gli ambienti terrestri sono complessi da datare ed è difficile dire che una roccia di origine terrestre ha la stessa età di una roccia di origine marina. Nonostante questo per alcuni tipi di fossili terrestri, pensiamo ai dinosauri, le datazioni ci sono perché, visto l'interesse che suscitano, c’è stata una maggiore disponibilità ad investire sotto questo profilo. Partendo dalle datazioni disponibili sulle rocce che contengono fossili di dinosauri siamo riusciti a stabilire, in un studio precedente di un paio di anni, che la diffusione massiccia dei dinosauri negli ecosistemi terrestri comincia proprio a partire dall’Evento pluviale carnico, sebbene i dinosauri più antichi siano precedenti. E’ quindi possibile supporre che l’evento abbia spazzato via dagli ecosistemi una serie di vertebrati dominanti e che questo abbia favorito il posizionamento dei dinosauri: da quel momento sono diventati comuni, arrivando a rappresentare oltre il 10% della fauna dei vertebrati, e si sono diversificati sia a livello di specie che di area geografica. Per esempio sono state trovate abbondanti impronte di dinosauri nelle Dolomiti e fossili in Sudamerica appartenenti a diverse specie".

Dopo l’Evento pluvuiale carnico i dinosauri cominciarono quindi ad occupare nicchie ecologiche differenti e ad espandersi in modo ampio tra diversi ecosistemi ma profondo è stato anche l'impatto anche sulla vita marina. "In mare - afferma il professor Preto - è successo ancora di più. Oggi nei mari tropicali siamo abituati a vedere le barriere coralline. Una cosa che non notiamo, ma che i biologi conoscono bene, è che in mare aperto sono presenti microrganismi unicellulari che producono un guscio calcareo. Sono capaci di fare la fotosintesi e costruiscono da soli la loro materia organica. Oggi sono soprattutto i Coccolitoforidi, organismi minuscoli che però producono quantità notevoli di carbonato di calcio che si accumula sul fondo degli oceani. Poi ci sono Foraminiferi planctonici, organismi unicellulari ad affinità animale nel senso che non fanno la fotosintesi, ma mangiano materia organica prodotta dai produttori primari. Anche questi formano un guscio di carbonato di calcio che poi cade nel fondo degli oceani e fa sedimento. Nel Triassico non era così perché queste forme non si erano ancora evolute e quindi in mare aperto non veniva prodotto carbonato di calcio. Facendo un buco in fondo al mare avremmo trovato argilla e silice. Questa è una differenza enorme - puntualizza il professor Preto - perché oggi il ciclo di carbonio è regolato anche da questi produttori primari di carbonato che sono in mare aperto: il carbonato contiene carbonio e quindi ogni volta che un animaletto o un piccolo vegetale unicellulare in mare si fa il suo guscio di carbonato di calcio in realtà sta sottraendo carbonio a certe componenti del ciclo di carbonio. Una conseguenza è che, a causa di questa continua produzione di carbonato di calcio, cambiare il pH dell’acqua marina è quasi impossibile. Il pH è infatti tamponato dalla reazione di precipitazione del carbonato di calcio e se noi volessimo cambiarlo dovremmo iniettare in atmosfera una quantità enorme di anidride carbonica che reagirebbe con l’acqua per dare acido carbonico e sposterebbe il pH dell’acqua verso il basso. Ma questa CO2 in eccesso viene tamponata dalla reazione di precipitazione del carbonato di calcio o dalla sua dissoluzione. Nell’oceano del Triassico non era così perché il carbonato di calcio era prodotto, ma non in oceano aperto e quindi gli oceani avevano una superficie su cui tamponare le variazioni di CO2 atmosferica molto più piccola. La reazione tampone avveniva solo ai bordi dove c’era qualcosa che poteva essere simile alle attuali barriere coralline. In questi posti però non c’erano coralli ma batteri: le Maldive del Triassico in realtà erano mucillagini puzzolenti, enormi comunità di batteri che però, a differenza della maggior parte di quelli attuali, producevano una gran quantità di carbonato di calcio a un ritmo probabilmente più alto di quanto non facciano i coralli oggi".

"Con l’Evento pluviale carnico accade che, per la prima volta, nelle rocce di mare aperto si trova una quantità significativa di carbonato di calcio prodotto da microrganismi che abitano il mare. Da quel momento si comincia a parlare di stabilità del pH delle acque marine e il ciclo di carbonio cambia completamente modalità. Si tratta davvero di un cambiamento epocale perché prima dell’Evento pluviale carnico nessun organismo degli oceani faceva carbonato e dopo non si è più tornati indietro. L’altra cosa che succede è che quegli ambienti che somigliavano alle barriere coralline, ma che erano mucillagine batterica puzzolente, a partire dall’Evento pluviale carnico cominciano a contenere coralli, spugne e organismi che somigliano alle scogliere attuali. I coralli Sclerattinie, che sono in grado di ospitare dei simbionti che fanno la fotosintesi, sono diventati un componente degli ecosistemi di reef e non si è più tornati indietro".

L'estinzione di massa collegata all'Evento pluviale carnico agì quindi anche come motore che favorì la diffusione di nuove forme di vita. "Mi sono soffermato su quello che è successo di nuovo - entra nel merito il professor Nereo Preto - perché è stato permesso anche dall’estinzione di quello che c’era prima. Dobbiamo considerare che negli ultimi 600 milioni di anni gli eventi di estinzione sono stati molti: non solo le big five, ma anche altri eventi che sono stati drastici e che hanno portato a grandi cambiamenti sia negli ecosistemi marini che terrestri. L’aspetto davvero speciale di questo evento non è tanto ciò che si è estinto ma le originazioni che sono venute dopo. E’ davvero qualcosa di eccezionale perché se vogliamo andare alle radici di alcuni grandi ecosistemi e paesaggi di oggi, per esempio quello pelagico che produce carbonato, i coralli o le foreste di conifere, quell’origine spesso è nel Carnico. Da un punto di vista di un paleontologo che studia i fossili, le testimonianze antiche della vita, è molto più difficile quantificare il tasso di originazione rispetto alle estinzioni. E’ un dato meno stabile quando si fanno delle analisi statistiche del passato geologico, ma credo che se ci concentriamo sul momento in cui accaddero cose nuove, più che focalizzarci sulle estinzioni, l’evento carnico sia davvero rilevante. Il risultato davvero importante emerso dal nostro articolo, che è un lavoro di sintesi e di revisione, è aver messo in evidenza che dal Carnico nascono ecosistemi che sono presenti ancora oggi".

Secondo i ricercatori che hanno scoperto la nuova estinzione di massa l'Episodio pluviale carnico presenta ancora molti aspetti su cui lavorare. "C'è ancora molto da scoprire - conclude Jacopo Dal Corso, primo autore dell'articolo pubblicato su Science Advances - è necessario studiare in dettaglio, temporale e spaziale, le dinamiche di estinzione e radiazione dei diversi gruppi di animali e piante come anche del cambiamento ambientale. E' poi indubbiamente interessante cercare di identificare il meccanismo per cui dopo l'estinzione vi sia stata una così importante radiazione di tanti gruppi di animali e piante che dopo l'Episodio pluviale carnico hanno avuto un ruolo centrale all'interno degli ecosistemi; basti pensare ai dinosauri durante il resto del Mesozoico e ai mammiferi nel Cenozoico. Inoltre, comprendere cosa succede prima, durante e dopo un grande cambiamento climatico ci offre informazioni preziose per capire cosa sta accadendo oggi e cosa potrebbe accadere nel futuro".