L'acqua si raccoglie sui muschi. Si pensava che le prime piante terrestri non fossero vascolari, come i muschi. Credito: Katmai Preserve NPS Photo/Russ Taylor
L'arrivo delle piante sulla terraferma circa 400 milioni di anni fa potrebbe aver cambiato il modo in cui la Terra regola naturalmente il proprio clima, secondo un nuovo studio condotto dai ricercatori dell'UCL (University College London) e di Yale.
Il ciclo del carbonio, il processo attraverso il quale il carbonio si muove tra rocce, oceani, organismi viventi e atmosfera, funge da termostato naturale della Terra, regolandone la temperatura per lunghi periodi di tempo.
In un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Natura, i ricercatori hanno esaminato campioni di rocce negli ultimi tre miliardi di anni e hanno trovato prove di un cambiamento drammatico nel modo in cui questo ciclo funzionava circa 400 milioni di anni fa, quando le piante iniziarono a colonizzare la terra.
In particolare, i ricercatori hanno notato un cambiamento nella chimica dell'acqua di mare registrata nella roccia che indica un importante cambiamento nella formazione globale di argilla - la "fabbrica di minerali di argilla" - dagli oceani alla terraferma.
Campionamento di sedimenti Ordoviciano (450 milioni di anni) del primo autore Boriana Kalderon-Asael. Credito: Ashleigh Hood
Poiché l'argilla che si forma nell'oceano (reverse weathering) porta al rilascio di anidride carbonica nell'atmosfera, mentre l'argilla sulla terraferma è un sottoprodotto degli agenti atmosferici chimici che rimuove l'anidride carbonica dall'aria, ciò ha ridotto la quantità di carbonio nell'atmosfera, portando a un pianeta più fresco e un clima altalenante, con un'alternanza di ere glaciali e periodi più caldi.
I ricercatori hanno suggerito che il cambiamento sia stato causato dalla diffusione delle piante terrestri che mantengono i suoli e le argille sulla terraferma, impedendo al carbonio di essere lavato nell'oceano e dalla crescita della vita marina che utilizza il silicio per i loro scheletri e pareti cellulari, come spugne, alghe a cellule e radiolari (un gruppo di protozoi), che portano a una caduta di silicio nell'acqua di mare necessaria per la formazione dell'argilla.
L'autore senior, il dott. Philip Pogge von Strandmann (UCL Earth Sciences), ha dichiarato: “Il nostro studio suggerisce che il ciclo del carbonio ha operato in un modo fondamentalmente diverso per la maggior parte della storia della Terra rispetto ai giorni nostri.
“Il cambiamento, avvenuto gradualmente tra 400 e 500 milioni di anni fa, sembra essere legato a due grandi innovazioni biologiche dell'epoca: la diffusione delle piante sulla terraferma e la crescita di organismi marini che estraggono silicio dall'acqua per creare i loro scheletri e pareti cellulari.
“Prima di questo cambiamento, l'anidride carbonica atmosferica rimaneva elevata, portando a un clima stabile e serra. Da allora, il nostro clima è rimbalzato avanti e indietro tra le ere glaciali e i periodi più caldi. Questo tipo di cambiamento promuove l'evoluzione e durante questo periodo l'evoluzione della vita complessa ha accelerato, con la formazione di animali terrestri per la prima volta.
"Un'atmosfera meno ricca di carbonio è anche più sensibile ai cambiamenti, consentendo agli esseri umani di influenzare il clima più facilmente attraverso la combustione di combustibili fossili".
La prima autrice Boriana Kalderon-Asael, una studentessa di dottorato presso l'Università di Yale, ha dichiarato: “Misurando gli isotopi di litio nelle rocce che coprono la maggior parte della storia della Terra, miravamo a indagare se qualcosa fosse cambiato nel funzionamento del ciclo del carbonio su una vasta scala temporale. Abbiamo scoperto che era così, e questo cambiamento sembra essere collegato alla crescita della vita vegetale sulla terra e alla vita animale che utilizza silicio nel mare".
Nello studio, i ricercatori hanno misurato gli isotopi del litio in 600 campioni di roccia prelevati da diverse località del mondo. Il litio ha due isotopi stabili presenti in natura: uno con tre protoni e tre neutroni e uno con tre protoni e quattro neutroni.
Quando l'argilla si forma lentamente sulla terra, favorisce fortemente il litio-6, lasciando l'acqua circostante arricchita con l'altro isotopo più pesante, il litio-7. Analizzando i loro campioni utilizzando la spettrometria di massa, i ricercatori hanno riscontrato un aumento dei livelli di isotopo-7 di litio nell'acqua di mare registrato nella roccia verificatosi tra 400 e 500 milioni di anni fa, suggerendo un cambiamento importante nella produzione di argilla terrestre in coincidenza con la diffusione delle piante su terra e l'emergere di vita marina che utilizza silicio.
L'argilla si forma sulla terra come residuo di agenti atmosferici chimici, il principale processo a lungo termine attraverso il quale l'anidride carbonica viene rimossa dall'atmosfera. Ciò si verifica quando il carbonio atmosferico si combina con l'acqua per formare un acido debole, l'acido carbonico, che cade a terra sotto forma di pioggia e dissolve le rocce, rilasciando ioni inclusi ioni calcio che fluiscono nell'oceano. Alla fine, il carbonio viene rinchiuso nelle rocce sul fondo dell'oceano. Al contrario, il prelievo di carbonio dalla fotosintesi delle piante viene annullato una volta che le piante decadono e raramente influisce sui livelli di anidride carbonica su scale temporali superiori a poche centinaia di anni.
Quando l'argilla si forma nell'oceano, il carbonio rimane nell'acqua e alla fine viene rilasciato nell'aria come parte del continuo scambio di carbonio che si verifica quando l'aria incontra l'acqua.
Riferimento: "Una prospettiva isotopica di litio sull'evoluzione dei cicli di carbonio e silicio" di Boriana Kalderon-Asael, Joachim AR Katchinoff, Noah J. Planavsky, Ashleigh v. S. Hood, Mathieu Dellinger, Eric J. Bellefroid, David S. Jones, Axel Hofmann, Frantz Ossa Ossa, Francis A. Macdonald, Chunjiang Wang, Terry T. Isson, Jack G. Murphy, John A. Higgins, A. Joshua West, Malcolm W. Wallace, Dan Asael e Philip AE Pogge von Strandmann , 14 luglio 2021, Natura.
DOI: 10.1038/s41586-021-03612-1
Lo studio ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca e della NASA.
