L’ossigeno non rimase stabilmente nelle profondità oceaniche fino a dopo circa 380 milioni di anni fa: per gran parte del periodo compreso tra 485 e 380 milioni di anni fa, la sua presenza vicino ai fondali aumentò solo per brevi intervalli, per poi diminuire. La scoperta suggerisce che gli animali si siano evoluti in oceani profondi meno ossigenati di quanto ipotizzato in precedenza.
A guidare lo studio è stato Chadlin Ostrander, professore associato del Dipartimento di geologia e geofisica dell’Università dello Utah. Il gruppo non ha misurato direttamente l’ossigeno, ma ne ha ricostruito la presenza attraverso una traccia chimica conservata nelle rocce. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.
«Fino a dieci anni fa si pensava che l’interruttore dell’ossigenazione delle profondità oceaniche fosse scattato intorno a 540 milioni di anni fa. Il nostro nuovo insieme di dati sposta questo momento in avanti di almeno circa 160 milioni di anni», ha detto Ostrander.
L’esplosione del Cambriano, la rapida comparsa di numerose forme di vita animale avvenuta circa mezzo miliardo di anni fa, viene spesso collegata a un aumento duraturo dell’ossigeno negli oceani. La stessa spiegazione è stata proposta per altre tappe della storia iniziale degli animali, tra cui una seconda ondata di diversificazione marina tra circa 485 e 444 milioni di anni fa. Altri scienziati hanno però contestato queste ipotesi: l’ossigeno potrebbe essere aumentato durante tali eventi senza raggiungere le profondità, oppure senza restarvi abbastanza a lungo.
Una parte di questa storia è visibile nelle pareti del Grand Canyon, che comprendono circa 500 metri di roccia depositatasi in un mare del Cambriano. I campioni analizzati dal gruppo di Ostrander, tuttavia, risalgono al periodo successivo alla fine del Cambriano, circa 485 milioni di anni fa: non provengono quindi da quel mare.
Per ricostruire le condizioni dei fondali, i geologi hanno esaminato il tallio, un metallo pesante presente in quantità minime nelle rocce comuni. Il tallio si trova in due forme, che differiscono di pochissimo per peso. Quando un minerale di manganese si deposita nel fango del fondale, sottrae all’acqua marina una quantità maggiore della forma più pesante. Il minerale, però, si conserva nel fango solo se l’acqua sovrastante mantiene una presenza costante di ossigeno: bastano pochi giorni senza ossigeno perché si dissolva. Nei fondali poveri di ossigeno, invece, il fango conserva una traccia della composizione dell’acqua circostante, compresa la proporzione tra le due forme del tallio.
Il gruppo ha interpretato valori più bassi, indicativi di una maggiore presenza della forma più leggera, come segnale che una porzione più ampia dei fondali fosse coperta da acque ricche di ossigeno. Ha analizzato 82 campioni di scisto, una roccia sedimentaria, raccolti lungo il fiume Peel, nello Yukon canadese. Il fiume ha inciso gli strati rocciosi, esponendo superfici fresche rimaste in gran parte inalterate grazie al clima freddo.
Erik Sperling, dell’Università di Stanford, e Justin Strauss, del Dartmouth College, hanno guidato le spedizioni che hanno raccolto i fanghi dello Yukon. Altri 44 campioni provenivano da località diverse, tra cui Lettonia, Libia, Galles e Montana.
Per la maggior parte del periodo esaminato, la proporzione di tallio nei campioni era simile a quella delle comuni rocce continentali: un risultato coerente con fondali sovrastati da acque povere di ossigeno. Nei fanghi dello Yukon formatisi tra circa 405 e 386 milioni di anni fa, invece, i valori sono diminuiti. Il minimo è stato rilevato in un campione di scisto di Marcellus, proveniente dal bacino degli Appalachi e formatosi circa 388 milioni di anni fa.
Secondo i calcoli dei ricercatori, quel valore indica che acque ricche di ossigeno coprivano ben più del 30% dei fondali, oltrepassando le piattaforme continentali e raggiungendo le profondità oceaniche. Le misurazioni sono simili a quelle relative al culmine dell’ultima era glaciale, quando l’ossigeno delle acque superficiali raggiungeva le profondità con un’efficacia solo leggermente inferiore a quella attuale.
Questa fase di elevata ossigenazione, però, non durò. Intorno a 378 milioni di anni fa i valori tornarono ai livelli consueti e rimasero tali fino allo strato roccioso più recente analizzato. Ciò potrebbe indicare che una parte maggiore delle profondità oceaniche fosse tornata priva di ossigeno.
Per controllare che il calo non dipendesse da condizioni locali, il gruppo ha svolto verifiche aggiuntive. Gli 11 campioni dello Yukon relativi a quel periodo avevano la stessa composizione chimica degli altri campioni dello Yukon; anche lo scisto di Marcellus, proveniente da un bacino diverso, mostrava una diminuzione analoga.
All’epoca dei campioni, ha osservato Ostrander, la vita marina comprendeva già organismi di grandi dimensioni e impegnati in attività che richiedevano molta energia. «In questo periodo si verificano cambiamenti straordinari nella biologia evolutiva. E nessuno di essi sembra richiedere un’ossigenazione significativa e duratura delle profondità oceaniche», ha detto.
La vita animale stava cambiando rapidamente anche prima. In un sito fossilifero della Cina sud-occidentale, i paleontologi hanno scoperto che molti gruppi animali esistevano già prima dell’inizio del Cambriano. Una conclusione simile è emersa dall’analisi di tracce fossili risalenti a circa 545 milioni di anni fa. In rocce di circa 520 milioni di anni sono state inoltre trovate colonie di minuscoli animali filtratori e un antico parente di polpi e calamari.
Secondo il gruppo, da allora le profondità oceaniche sono rimaste costantemente ossigenate. Lo studio, tuttavia, non permette di stabilire quando sia iniziato questo processo: mostra soltanto che avvenne dopo circa 380 milioni di anni fa. Ostrander ha definito questo limite l’unica delusione della ricerca.
I dati presentano anche altre incertezze. Il gruppo dispone di un solo campione di roccia ogni circa 450.000 anni, perciò le oscillazioni dell’ossigeno potrebbero essere state più ampie di quanto i fanghi registrino. Inoltre, non è stato possibile escludere del tutto che il tallio circolasse nell’acqua marina troppo rapidamente perché i sedimenti potessero rappresentare le condizioni dell’intero oceano. I modelli dei ricercatori e la corrispondenza tra campioni provenienti da bacini diversi rendono però improbabile questa possibilità.
Gli autori sottolineano che servono serie di dati sull’ossigeno più lunghe e ravvicinate, relative al Paleozoico superiore e al Mesozoico, per capire quando le profondità oceaniche si siano ossigenate in modo permanente.
Per seguire gli sviluppi della ricerca, è possibile iscriversi ai webinar del Global Ocean Oxygen Network. Il gruppo di esperti dell’UNESCO sull’impoverimento di ossigeno negli oceani organizza incontri mensili aperti a tutti.
La Chesapeake Bay Foundation accetta donazioni per sostenere il lavoro sulle zone morte, aree con poco ossigeno. I suoi scienziati monitorano le zone della baia che in estate, a causa dell’inquinamento da nutrienti, hanno troppo poco ossigeno per pesci e granchi.
GeoCorps America offre ai geoscienziati incarichi retribuiti e di breve durata su terreni pubblici, anche in ambito paleontologico. Il programma è promosso dalla Geological Society of America.
Il Paleontological Research Institution cerca volontari per attività pratiche al Museum of the Earth, a Ithaca, nello Stato di New York: tra i compiti ci sono aiutare i visitatori a identificare i fossili, svolgere attività didattiche con le scolaresche e preparare i reperti.
Chi vuole condividere il proprio interesse per la geologia può partecipare alla Earth Science Week. L’American Geosciences Institute coordina l’evento annuale, mentre gruppi locali, insegnanti e singoli organizzano le proprie attività.
Fonte: earth.com
