Si tratta di uno dei grandi principi della geologia: le regole del mondo non si sono modificate con il tempo, e ciò che lo fa funzionare oggi, lo faceva anche milioni, miliardi di anni fa. Pertanto, dal passato della Terra possiamo ricavare le ragioni per alcuni fenomeni che avvengono nel presente, e forse anche trovare alcuni indizi per interpretare il futuro.
Ad esempio, uno degli indizi che hanno portato all’idea di una passata glaciazione, capace di estendersi dal Galles al polo nord, fu la presenza di enormi massi, dalla composizione del tutto diversa da quella del terreno, trovati a centinaia, se non migliaia, di chilometri di distanza dai più vicini depositi di roccia-madre.
Fig 1: Queste rocce, a volte di dimensioni enormi, furono chiamate “massi erratici”. La foto ne presenta uno, ritrovato in Italia qualche tempo fa, nella regione di Pianezza. Il masso fu poi utilizzato come materiale da costruzione.
Il mistero dei massi erratici fu risolto nel 1821 da Ignaz Venetz, un ingegnere svizzero, che ebbe l’intuizione di considerare i massi come resti di antiche morene, ovvero delle lingue di detriti trasportate dai ghiacciai; una volta che il ghiacciaio era scomparso, alcuni dei massi più grossi erano rimasti a testimonianza della sua presenza.
L’ipotesi sconvolse il mondo scientifico: l’idea di una tale estensione dei ghiacci appariva ridicola. Ma, con il tempo, e con altre prove rinvenute, si giunse alla conclusione che, in vari periodi negli ultimi milioni di anni, i ghiacci erano assai più estesi di adesso, toccando il loro ultimo massimo attorno a 18.000 anni fa.
Fig 2: In queste due immagini, una comparazione tra la Terra durante l’ultimo massimo glaciale e quella attuale. Colpisce non soltanto l’enorme estensione dei ghiacci nell’emisfero boreale, ma anche il basso livello del mare: enormi quantità d’acqua erano infatti trattenute nelle calotte. Dopo che esse si furono sciolte, lasciarono dietro di sé dei laghi stretti e lunghi, come quello di Como, in Italia, o i Grandi Laghi in America del Nord.
Qualche decennio più tardi, quando ormai la teoria delle glaciazioni era pienamente accettata, il mondo scientifico si ritrovò a vivere uno sconcerto ancora maggiore, quando in certe regioni dell’Africa centrale furono scoperti dei massi erratici. Con il tempo, altre strutture geologiche, come striature glaciali, o rocce di composizione glaciale, furono rinvenute a basse latitudini.
Queste anomalie furono considerate come derivanti da altri fattori, non imputabili ad un raffreddamento; la principale obiezione era che la fascia contenuta tra i tropici, ricevendo la maggior parte del calore del Sole, non poteva congelare. In effetti, anche durante l’ultima glaciazione, essi erano rimasti caldi.
Venne allora avanzata un’altra ipotesi: un’antichissima estensione dei ghiacci (i depositi imputati risalivano ad un’epoca tra i 700 ed il 600 milioni di anni fa) poteva aver raggiunto un livello tale da riflettere proprio la luce solare che avrebbe dovuto riscaldare i tropici, eliminando così il muro di calore che impediva loro di stringere tutta la Terra?
Ancora oggi, infatti, il ghiaccio riflette tra il 30% ed il 40% della luce ricevuta dal Sole (la neve fresca arriva al 90%, ed è per questo motivo che spesso in montagna si è accecati dal riverbero), ed i deserti ne riflettono tra il 25% ed il 30%; al contrario, la foresta ne restituisce al massimo il 15%, e l’acqua marina non arriva oltre l’8%. Questo fenomeno viene chiamato albedo, e significa che un mondo con molto ghiaccio, o ricoperto da deserti, riflette una maggior parte della radiazione solare di un mondo caldo ed umido.
Fig 3: L’albedo nella Terra attuale. Da notare che le zone glaciali, come la Siberia, il Canada, la Groenlandia, riflettano fino al 40% della radiazione solare; anche il deserto e le grandi catene montuose sono caratterizzate da un’albedo assai alta. Per contro, le regioni pluviali, come l’Africa centrale o l’Amazzonia, sono soggette ad un’albedo molto bassa.
Qual’era, allora, la situazione del mondo 700 milioni di anni fa?
Le prove geologiche del periodo hanno portato ad una configurazione che ha rafforzato le prove di una glaciazione globale; all’epoca, infatti, tutte le terre erano riunite insieme, formando un supercontinente simile a quello che avrebbe dominato l’epoca dei dinosauri, la Pangea.
Ma a differenza della Pangea, che vedeva un ecosistema completo, il supercontinente di 700 milioni di anni fa, Rodinia, sarebbe stato un deserto arso e senza vita: lo strato di ozono che protegge la superficie della Terra dai raggi solari, infatti, non era ancora completo. Le piante non esistevano, e non sarebbero comparse per ancora 180 milioni di anni. In mancanza di fotosintesi, tutta la vita si svolgeva in acqua, al riparo dalle radiazioni, dove peraltro non andava oltre cianobatteri o alghe verdi.
La Rodinia, continente desertico, avrebbe dunque avuto un’albedo molto più alta di quella della Terra attuale, riflettendo una parte assai maggiore della luce solare.
Ma più importante dell’albedo, sarebbe stata la sua posizione.
Il supercontinente si estendeva con una lama larga e piatta, partendo dal polo Sud fino alle latitudini dell’Islanda; l’ampia regione polare garantiva una base geologica per l’accumulo di ghiacci (la glaciazioni degli ultimi milioni di anni, infatti, hanno avuto una delle loro cause nella posizione dell’Antartide, che permette di avere un nucleo da cui protendere i ghiacci durante i periodi più freddi), ma, ancora di più, la larga “falce” di terre emerse in posizione tropicale avrebbe avuto un duplice effetto di raffreddamento.
Fig 4: Ricostruzione della Rodinia verso la fine della sua storia, circa 600 milioni di anni fa. Si nota bene la forma quasi ad “uncino” delle terre emerse, assieme alla vasta regione polare.
Per cominciare, essa avrebbe garantito un’albedo alta nelle regioni tropicali, dove la radiazione del Sole era più forte: se infatti si ha un’albedo elevata in regioni polari, gli effetti sono scarsi, in quanto l’energia ricevuta è minore. Ma in posizione tropicale, l’effetto sarebbe stato molto più accentuato. Inoltre, la posizione dei continenti li avrebbe fatti essere soggetti ad una maggiore erosione, cosa che avrebbe portato una quantità maggiore di rocce silicee a reagire con l’ossigeno nell’atmosfera e nell’acqua, intrappolando al loro interno una grande quantità di anidride carbonica e riducendo dunque il calore intrappolato dall’atmosfera.
La conseguenza maggiore, tuttavia, sarebbe stata la mancanza di una circolazione oceanica capace, come quella attuale, di trasportare con efficacia l’acqua più calda fino alle alte latitudini: di conseguenza, le regioni polari avrebbero visto climi estremi, con temperature molto al di sotto di quelle attuali.
Di solito, i meccanismi che tendono a portare la natura verso climi estremi ricevono delle retroazioni, così da condurre la Terra verso un optimum climatico, ma 700 milioni di anni fa tutti questi fattori (assieme ad altri come un Sole più giovane e quindi meno attivo, o sufficiente ossigeno nell’atmosfera da neutralizzare il metano presente in essa) puntavano in un’unica direzione.
Tra i 725 ed i 625 milioni di anni fa, dunque, in almeno due occasioni le regioni polari della Rodinia si raffreddarono, complice forse anche un mutamento nella circolazione oceanica; la maggiore quantità di ghiaccio portò l’albedo a crescere, riducendo la luce assorbita e portando le temperature a scendere ancora. Le calotte polari si espansero ed assorbirono acqua dal mare, portando nuova terra in superficie ed aumentando ulteriormente l’albedo.
Quando le calotte polari raggiunsero una latitudine di circa 34° (pressappoco l’altezza cui oggi si trova la Sicilia, od il Texas in America, quindi assai prima delle posizioni dei tropici), l’albedo divenne superiore alla luce assorbita: le calotte polari non trovarono più alcuna resistenza e si estesero ad un ritmo sempre più rapido, fino ad inglobare tutta la Terra sotto uno strato spesso un chilometro e mezzo.
Fig 5: Ecco come si presentava, forse, la Terra 700 milioni di anni fa, al tempo di una glaciazione globale. Non è chiaro se, almeno in alcuni periodi, una sottile cintura di acqua liquida si sia estesa lungo l’Equatore. Ma anche se così fosse stato, il resto della Terra avrebbe visto delle temperature medie di 40 gradi sotto zero, con una media di -110°, forse anche -120° attorno al polo sud. Per fare un riscontro, le temperature medie della parte più interna dell’Antartide, la zona più fredda di tutta la Terra attuale, sono di circa -57°.
Per la vita fu un disastro.
Quasi la totalità delle forme viventi fu spazzata via dal ghiaccio imperante; sopravvissero soltanto, in profondità nel mare, alcune forme di batteri ed alghe molto semplici attorno ai camini vulcanici, dove la presenza di nutrienti chimici, e l’adattamento alla mancanza di luce solare, concessero all’evoluzione di non ripartire da zero.
Con la Terra completamente ricoperta da ghiaccio, stretta in un circolo vizioso di abbassamento delle temperature, senza zone calde o temperate da cui le calotte potessero cominciare a ritirarsi, la glaciazione globale sembrava eterna.
Fig 6: Europa, una delle lune di Giove. La sua superficie è completamente ricoperta dal ghiaccio, che nasconde, forse, un oceano di acqua liquida. Detriti portati dagli asteroidi ed alta presenza di minerali nel ghiaccio mostrano le zone più scure. Forse era questo l’aspetto della Terra settecento milioni di anni fa.
Cosa ha permesso alla Terra di uscirne?
Negli anni, l’obiezione più forte contro l’ipotesi di una “Terra a palla di neve” (Snowball Earth) è stata che essa doveva presentare un circolo vizioso insanabile: l’albedo troppo alta non avrebbe mai consentito alla Terra di sciogliersi. Com’era possibile che solo cento milioni di anni più tardi, fosse avvenuta la più grande esplosione di vita nella storia della Terra, nel Cambriano?
La risposta venne dalla considerazione delle condizioni climatiche a quel tempo. La Terra si presentava come un enorme deserto, con pochissime precipitazioni in quanto l’acqua libera era in quantità davvero esigua; inoltre, la glaciazione globale avvenne verso la fine della vita della Rodinia, quando il supercontinente stava cominciando a spaccarsi. L’azione di deriva dei continenti portò ad un’intensa attività vulcanica lungo le faglie tettoniche (i punti in cui le placche si toccano, simili alle cuciture su un pallone da calcio), ed essa portò alla produzione di enormi quantità di anidride carbonica.
Nella Terra attuale, la produzione vulcanica viene trattenuta dalle reazioni delle rocce con l’ossigeno dell’atmosfera (che non potevano avvenire sotto chilometri di ghiaccio) ma soprattutto dalla pioggia, che ne conserva enormi quantità nel terreno e nel mare. In un mondo senza pioggia e con un’intensa attività vulcanica, la produzione di anidride carbonica non dovette ricevere alcun freno; e, in pochi milioni di anni, essa passò al 13% del totale, aumentando di circa 350 volte.
Una simile quantità di anidride carbonica dovette riuscire, all’incirca 625 milioni di anni fa, a creare un effetto serra tanto potente da contrastare l’azione dell’albedo, e da far ritirare in fretta le calotte polari, scoprendo di nuovo il mare e le terre.
La presenza di suolo e di acqua liquida avrebbe poi consentito all’anidride carbonica di tornare a dissociarsi e a diminuire, riportando la situazione ad uno stato ottimale.
Fig 7: L’anidride carbonica avrebbe condotto ad un rapido surriscaldamento della Terra, portando a temperature opposte a quelle precedenti, fino a +50° di media globale. Con la rapida scomparsa delle calotte polari, l’anidride carbonica si disciolse rapidamente nel mare e nel terreno, consentendo alle temperature di ritornare a valori meno estremi. Questa spiegazione, tuttavia, non tiene conto delle caratteristiche tipiche dell’anidride carbonica.
Questo almeno secondo le idee ufficiali sugli effetti dell’anidride carbonica nell’atmosfera: ovvero (basandosi su dati, poi considerati falsi, di carotaggi in Groenlandia effettuati negli anni ’80) un aumento lineare del calore atmosferico in base all’aumento della CO2; tale relazione, in realtà, non esiste. L’anidride carbonica ha una correlazione logaritmica con l’assorbimento del calore, ovvero l’aumento della quantità comincia presto ad esaurire il suo effetto, per vederselo poi ridurre a zero. Quindi, un’atmosfera composta al 13% di anidride carbonica non avrebbe avuto alcun effetto sullo scioglimento della palla di neve; mi sembra assai più plausibile una spiegazione legata alla deriva dei continenti: 650 milioni di anni fa, come già detto, la Rodinia era verso la fine della sua storia, e non è inverosimile che un mutamento delle posizioni dei continenti, con il loro allontanarsi dalle regioni polari, ed una rinnovata circolazione oceanica, abbiano riportato la situazione climatica ad uno stato meno estremo.
Soltanto in seguito, con la riapertura dei bacini marini ed il ritorno dell’erosione superficiale, a contatto con l’aria, l’anidride carbonica deve essere diminuita; senza, peraltro, che l’effetto avesse qualche correlazione con le temperature. Recenti carotaggi e studi di climatologia hanno dimostrato, infatti, che la correlazione tra l’aumento di anidride carbonica e crescita delle temperature, vada invertita: sarebbe proprio la maggiore temperatura a spingere i grandi “serbatoi” di anidride carbonica (come il terreno, il permafrost, ma soprattutto il mare) a liberarne grandi quantità, di solito con un ritardo di circa 800 anni rispetto alla crescita delle temperature.
Qualunque sia la spiegazione reale, ancora oggi il dibattito continua; ma la scoperta di nuovi depositi in Canada ha ulteriormente rafforzato la teoria.
Molto di recente, infine, alcuni studiosi hanno azzardato un’idea affascinante: l’imponente erosione che seguì al rapido scioglimento, dovuto sia al ritiro dei ghiacci, sia al clima alterato, sia al grande dilavamento dei fiumi, potrebbe avere disciolto nell’acqua marina enormi quantità di nutrienti (in particolare fosforo). Una simile manna avrebbe poi condotto gli organismi sopravvissuti alla catastrofe a replicarsi come mai prima; ma le poche specie di partenza (in quanto una situazione come quella della Terra a palla di neve ed il suo successivo scioglimento devono aver premiato gli organismi più semplici e facilmente adattabili), sottoposte ad un enorme sovrappopolamento, avrebbe poi condotto l’evoluzione a superare il costo riproduttivo di formare organismi pluricellulari, facendo così compiere alla vita sulla Terra quel balzo incredibile che avrebbe portato la biosfera a diventare quella che è oggi.
Fig 8: Forse l’Esplosione Cambriana, quel diffondersi di nuove specie che avvenne tra i 530 e i 490 milioni di anni fa, fu causata dall’enorme disponibilità di nutrienti dovuto all’erosione del terreno dopo la glaciazione globale. Se così fosse, il mistero delle cause dell’Esplosione Cambriana troverebbe finalmente una soluzione.
Il fenomeno della “Terra a palla di neve”, avrebbe dunque portato nuova vita dopo una lunga stagione di freddo mortifero (non per nulla il periodo che vide la Terra a palla di neve è stato nominato da qualche anno “Criogeniano”).
L’analisi delle cause della glaciazione globale porta ad un’ultima domanda: può accadere ancora? Può il passato essere la chiave del presente?
Ci sono buone probabilità che i due episodi del Criogeniano non siano stati gli unici della storia della Terra: alcune decine di milioni di anni prima, altre glaciazioni hanno forse raggiunto i tropici (anche se mancano le prove che siano riuscite ad inglobare tutta la Terra).
Un episodio molto più lungo è certamente avvenuto nel Sideriano, tra i 2500 ed il 2300 milioni di anni fa (quindi nei primordi della vita della Terra, quando persino i continenti erano giovani e molto meno estesi): un’enorme proliferazione di batteri portò ad una grande ossigenazione dell’atmosfera, e quindi a dissociare le enormi quantità di metano (il metano ha una capacità di trattenere il calore pari a circa 20 volte quella dell’anidride carbonica, e in questo caso la correlazione può aver avuto un senso; ma mi sembra più plausibile addurre cause relative allo spostamento dei continenti) allora presenti in CO2 ed acqua. A quell’epoca la Terra era riscaldata da un Sole molto più debole, e dunque la diluizione del metano può aver portato ad una glaciazione estesa a tutta la Terra, che sarebbe durata almeno 200 milioni di anni: la Glaciazione Huroniana.
Fig 9: La Glaciazione Huroniana fu la madre di tutte le glaciazioni, stringendo la Terra in una morsa di gelo per un periodo due volte più lungo di tutti gli episodi del Criogeniano messi insieme. Il Sole molto più debole deve avere portato a temperature ancora inferiori, ma la grande attività vulcanica lo spostamento dei continenti sarebbero comunque riusciti a decretarne la fine.
Abbiamo visto come, oltre all’albedo, anche la posizione dei continenti giochi un ruolo fondamentale nella temperatura media del pianeta; essa condiziona le correnti oceaniche, che possono portare in poco tempo ad un riscaldamento o ad un raffreddamento dell’atmosfera.
Negli ultimi anni, c’è stato il sospetto che proprio una di queste correnti sia in pericolo. Se ciò avvenisse, quali sarebbero le conseguenze? Potrebbe ciò condurre ad un episodio glaciale come quelli di 20.000 anni fa? O la situazione sarebbe ancora più grave, e porterebbe ad una nuova Terra a palla di neve?
By Shaggley
(Articolo pubblicato anche su: http://survivalrule.wordpress.com/)
