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La transizione Permiano-Triassico e un’estinzione di massa attorno a 250 milioni di anni fa

Premessa
L’estinzione di massa alla fine del Permiano, o LPME (251.94 Ma, Late Permian Mass Extintion), è stata la più forte ed estesa distruzione della vita di tutto l’Eone Fanerozoico (gli ultimi 540 Milioni di anni) ed ha causato la fine di circa il 90% degli invertebrati marini nel tempo geologicamente molto rapido di circa (61±48) mila anni (Shen et al., 2019). Si crede che la LPME sia stata legata alle eruzioni della cosiddetta Siberian Traps Large Igneous Province (LIP), cioè alle eruzioni quasi simultanee in un’ampia zona dell’attuale Siberia che hanno riversato su una superficie di 2 milioni di km2 qualcosa come 1-4 milioni di km3 di lava basaltica in strati successivi (a scala, da cui il termine “trap”, dallo svedese “trappa”, scala). Sebbene la relazione tra eruzioni e estinzione sia accettata senza grandi problemi, questo legame non è stato ancora dimostrato in maniera oggettiva.

I dati

Fig.1: Il mondo tra Permiano e Triassico e l’oceano (Pantalassa o Pan-Thalassa, l’oceano che tutto circonda) che bagna tutti i paleo continenti raggruppati (Pangea). Nel grande golfo, a destra sulla mappa, si estendeva la Tetide, un vasto oceano, qui indicato dalle sigle PTO (Paleo Tethys Ocean) e NTO (Neo Tethys Ocean). Tramite le sigle sono anche indicate le posizioni in cui sono stati estratti i depositi trattati nell’articolo di Shen et al., 2019 dalla cui figura 1, modificata, deriva questa mappa. Sono anche indicate serie, ad esempio DXK, non trattate in questo post.

Il lavoro di Shen et al., 2019 si propone di aggiungere un tassello al quadro che vuole dimostrare il link tra ST-LIP in Siberia ed estinzione e lo fa usando la constatazione che le eruzioni vulcaniche sono tra i maggiori contribuenti alla produzione di mercurio prima dell’era industriale, sia come emissione diretta che come infiltrazione magmatica in depositi di materiale organico. Quindi vengono esaminati sedimenti marini da cui derivare serie temporali di abbondanza di mercurio (Hg) che saranno poi normalizzate alle corrispondenti serie di TOC (Total Organic Carbon) per evitare che il dato sul mercurio possa essere contaminato dalle variazioni di TOC. Le misure vengono fatte su depositi, in varie parti del pianeta, che riportano il periodo di tempo a cavallo tra Permiano e Triassico (PTB, o confine Permiano-Triassico, circa 250 Ma) e derivano da paleo-acque di diversa profondità, da più di 2000 m (profonde o abissali) a 100-1000 m (intermedie), a meno di 100 m (superficiali), del super-continente Pangea e soprattutto dal suo oceano Pantalassa (con il sub-oceano Tetide). Le diverse profondità servono a verificare possibili differenze temporali nella maggiore diffusione del mercurio nei sedimenti. La figura 1 illustra schematicamente la situazione in cui si sono formati i depositi.

I dati utilizzati sono relativi a 10 paleo-depositi che corrispondono alle località attuali indicate nella tabella 1

Tabella 1: Siti considerati in questo post. Il range è l’estensione temporale della serie in Myr.
Cliccare sul nome per visualizzare il grafico della serie.
Sigla Nome Nazione Profondità Range
AK Akkamori Giappone Profondo 0.16
UB Ubara Giappone Profondo 0.14
GH Gujo-Hachiman Giappone Profondo 4.20
OC Opal Creek Canada Intermedio 0.27
UC Ursula Creek Canada Intermedio 1.03
KJ Kejiao Cina superficiale 1.36
XM Xinmin Cina superficiale 0.26
XK Xiakou Cina superficiale 0.24
MS Meishan Cina superficiale 0.29
BL Bálvány Ungheria superficiale 0.15

I valori numerici delle misure di questi 10 siti sono disponibili in un foglio di calcolo associato al lavoro, ma gli autori hanno usato anche altri siti i cui dati non sono per me raggiungibili.

Non ho molta dimestichezza con i fogli elettronici e quando ho aperto l’allegato con i dati ho visto che praticamente tutte le serie del mercurio erano sostituite dal tag “#”, per cui ho analizzato all’inizio solo le serie di TOC. Dopo ho capito che il tag rappresenta un errore di formato e che i dati Hg erano tranquillamente disponibili nei file ascii ottenuti scaricando le colonne del foglio elettronico. Nel sito di supporto sono quindi disponibili anche le analisi delle serie TOC che nel post non vengono prese in considerazione.

Un altro aspetto con cui non avevo avuto a che fare prima è la calibrazione che, come in questo caso, traduce la profondità in età, con una precisione non troppo elevata, tale da non riuscire a distinguere elementi a profondità diverse: il risultato finale è che spesso a più di un valore viene assegnato lo stesso anno, con un brutto effetto estetico, come nell’esempio di figura 2, grafico in alto. E’ il motivo per cui riporto per ogni sito la stessa serie, con diverso asse orizzontale: tempo e profondità.

Fig.2: Esempio, riferito al sito di Akkamori, di rappresentazione della serie Hg/TOC sia in (milioni di) anni che in profondità della sezione. Al valore zero viene fissata la profondità dello strato LPME (che corrisponde a 251.94 Ma). La riga verticale rossa mostra “l’orizzonte” (l’inizio) dell’estinzione.

Nel caso di Akkamori, come negli altri casi con maggiore o minore evidenza, si osserva un aumento notevole del mercurio (ovvero delle eruzioni vulcaniche) subito prima del tempo dell’estinzione. Altro aspetto da notare è la differenza di oscillazioni (di variabilità) prima o dopo il massimo del mercurio.

Un compendio delle variazioni del mercurio attorno al periodo del Trappo Siberiano (terminologia italiana per il Siberian Traps) si può distintamente osservare nella figura successiva che riproduce parzialmente la figura 4 di Shen et al., 2019.

Fig.3: Variazione dell’abbondanza del mercurio (in realtà del rapporto Hg/TOC) confrontata con la posizione temporale di LPME e PTB (linee verticali) che sono sfasati nel tempo di una quantità geologicamente molto breve, circa 40 mila anni. Le profondità delle paleo-acque dei sedimenti sono indicate dai colori, mentre i diversi simboli si riferiscono ai singoli depositi.

Tutti i sedimenti presentano un improvviso aumento del mercurio da attività vulcanica in corrispondenza dell’estinzione di massa del tardo Permiano: la divisione per TOC significa questo, ma anche più complesse relazioni tra l’inclusione di magma del Trappo Siberiano e i substrati del bacino di Tunguska, ricchi di materiale organico (una scala temporale dell’Eone Fanerozoico è disponibile qui). Si osserva, forse, una tendenza per i depositi a profondità intermedia a spostarsi verso il confine tra Permiano e Triassico.

Gli spettri
Come si vede dalla tabella 1, l’estensione temporale delle serie varia da 0.14 a 4.2 Myr. Ci si può aspettare quindi l’osservazione di numerosi massimi spettrali. In quasi tutti gli spettri sono presenti picchi corrispondenti ai cicli di Milankovic (precessione: 26 mila anni; 19-24 mila anni in Scafetta et al., 2020; obliquità 41 mila anni; Eccentricità 100 e 400 mila anni), variamente mescolati con altri massimi. Anche qui, come era successo ad esempio con i dati su circa 65 Myr osserviamo l’azione, variabile ma essenzialmente sempre presente, delle forze esterne al nostro pianeta. Esempi in cui la presenza dei cicli di Milankovic è più variegata sono le serie derivate dalle paleo-acque superficiali (tabella 2, fondo verde).

Fig.4: Spettro del rapporto Hg/TOC per il sito di Akkamura. Non sempre gli spettri sono così indicativi, ma si osserva distintamente la presenza dei cicli di Milankovic per eccentricità, obliquità e precessione.

La tabella 2 raggruppa i principali massimi spettrali, dividendoli tra i cicli di Milankovic e “Altri Periodi”

Tabella 2: Spettri Lomb delle serie Hg/TOC. La colonna “Altri Peridodi” comprende i massimi spettrali non identificabili come cicli di Milankovic. Tutti i periodi sono in Kyr. Cliccare sul nome per visualizzare lo spettro. Il simbolo “~” indica periodi simili ma non uguali a quelli nominali.
Sigla Nome 100 41 26 Altri Periodi
AK Akkamori Si Si Si 5.2
UB Ubara No Si ~ 32, 14.6
GH Gujo-Hachiman Si No No 244, 111,
96, 84, 66
OC Opal Creek Si Si Si 225, 50, 10, 5
UC Ursula Creek Si Si Si 60, 32,14.6
KJ Kejiao No Si Si 309, 206, 155
124, 76, 52
XM Xinmin Si ~ Si 87, 59, 48
10, 5
XK Xiakou No NO Si 140, 58, 10.8
9.3, 5.5
MS Meishan ~ Si Si 83, 34, 18
11.4, 9, 5.3
BL Bálvány No ~ No 150, 125, 83
75, 35, 10, 5
Riassunto 6 8 8

Se assimiliamo il “~” al “Si”, cioè se accettiamo che i massimi spettrali osservati possano avere periodi parzialmente diversi da quelli nominali, in situazioni in cui l’estensione temporale delle serie varia di circa 30 volte, vediamo che i picchi dovuti a obliquità e precessione compaiono in 8 serie su dieci; il picco dell’eccentricità (100 Kyr) compare 6 volte ma è necessario ricordare che questo massimo è il più controverso e che, a volte, viene sostituito dalla coppia 70-90 e 110-130 Kyr (vedere ad esempio questo post su CM relativo ad epoche molto più vicine a noi); qui la coppia 80-120 Kyr compare due volte, per KJ e BL, nelle quali 100 Kyr non è presente. . Anche nella colonna “Altri Periodi” si possono osservare alcune ripetizioni di periodo, tipo 140-150 Kyr (2 volte); 75-90 (5); 32-35 (4), 5-5.5 (6).

Conclusioni
Gli autori del lavoro hanno mostrato, se non una relazione funzionale, almeno una correlazione importante tra esteso vulcanismo ed estinzione del tardo Permiano.
Credo di aver aggiunto un piccolo tassello al quadro generale, tassello non preso in considerazione da Shen et al., 2019: siamo abituati ad osservare i cicli di Milankovic nelle serie di dati di prossimità per le temperature (δ18O) e diciamo che le forze gravitazionali che regolano le orbite dei corpi celesti hanno un’influenza sulle variazioni di temperatura e, in definitiva, sull’evoluzione climatica della Terra. In aggiunta a questo fatto, qui abbiamo osservato l’influenza delle stesse forze anche sull’evoluzione geologica, e di conseguenza ambientale, del pianeta in un breve e remoto periodo della sua storia, quasi 200 milioni di anni prima della scomparsa dei dinosauri.

Bibliografia

  • Nicola Scafetta, Franco Milani, Antonio Bianchini: A 60-year cycle in the Meteorite fall frequency suggests a possible interplanetary dust forcing of the Earth’s climate driven by planetary oscillationsGeophis. Res. Lett., 2020. https://doi.org/10.1029/2020GL089954
  • Jun Shen, Jiubin Chen, Thomas J. Algeo, Shengliu Yuan, Qinglai Feng, Jianxin Yu, Lian Zhou1, Brennan O’Connell & Noah J. Planavsky: Evidence for a prolonged Permian–Triassic extinction interval from global marine mercury recordsNature Communications10, N.1563, 2019. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09620-0
    Tutti i dati e i grafici nel sito di supporto
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Published inAmbienteAttualitàClimatologia

6 Comments

  1. donato b.

    Caro Franco,
    ho riletto più volte il tuo articolo, prima di scrivere questo commento, in quanto parecchi punti non mi risultavano chiari. Alla fine credo di essere riuscito a comprendere quasi tutto il senso della ricerca di Shen et al., 2019, ma qualche piccolo dubbio mi è restato.
    Il primo riguarda la profondità delle paleo-acque. Non sono riuscito a capire come hanno fatto a determinare la profondità delle acque, in cui si sono formati i sedimenti che incorporano al loro interno, i residui organici contenenti il mercurio. Mi sembra di aver capito, infatti, che la profondità dei sedimenti sia da riferirsi agli oceani primordiali e non a quelli attuali.
    Altro dubbio riguarda la figura 2 del tuo articolo: l’asse delle ascisse ha dimensioni di centimetri, ma si riferisce alla profondità. Con tale termine, forse, intendi riferirti allo spessore della sezione del sedimento presa in esame?
    .
    Un’ultima considerazione riguarda le conclusioni del tuo post: la presenza dei cicli astronomici nelle serie del mercurio, indica che queste ultime sono state modulate da fattori esogeni al nostro pianeta. Essendo i livelli di mercurio correlati (preferisco non , utilizzare il termine causati) alle emissioni vulcaniche, sembrerebbe che ciò che succede sotto i nostri piedi, sia correlato a ciò che capita sopra le nostre teste! 🙂
    Non so se lo ricordi, ma io qualche mese fa scrissi un articolo in cui commentavo una ricerca che metteva in relazione gli spostamenti delle placche tettoniche, con le maree lunisolari. Con questo tuo articolo l’ipotesi delle influenze astronomiche sui moti interni al pianeta, ne esce rafforzata. Ciò senza dimenticare, però, che stiamo parlando di correlazione che è cosa ben diversa da causazione.
    Ciao, Donato.

    • Caro Donato,
      grazie per l’attenta lettura del post (e dell’articolo) che appare
      evidentemente un po’ (troppo?) confusionario. Potrei tentare di cavarmela
      dicendo che non sono un buon vino e che invecchiando non miglioro, ma la
      scusa regge poco: il fatto è che ho voluto guardare con un minimo di
      dettaglio argomenti che non conosco e che spero di capire meglio proprio
      durante e grazie ai conti e alla scrittura del post. Forse la parte
      principale della mia “incursione” nella climatologia è proprio quella di
      voler rendersi conto di come funzionano le cose in questa scienza.

      Provo a rispondere ai tuoi dubbi:
      – la profondità delle paleo acque si riferisce proprio a Pantalassa e
      Tetide, e quindi, appunto, al “paleo” oceano di figura 1. Come gli autori
      abbiano fatto a determinarne la profondità non lo so (e non lo voglio sapere,
      come non voglio sapere quanti problemi ci sono nella misura degli anelli di
      accrescimento: immagino che andare sulla sezione del tronco con un doppio
      decimetro non sia sufficiente…), ma nel capitolo “Methods”, sezione Section
      models
      dell’articolo c’è qualche spiegazione a base di nomi scientifici
      di piante che sarebbero vissute in acque di diversa profondità.

      – la figura 2 del post: i centimetri si riferiscono alla profondità: se
      vuoi, alla distanza in cm dall’inizio in superficie della carota; ma qui
      la profondità è stata calibrata in modo che lo zero corrisponda al tempo
      dell’estinzione di massa del tardo Permiano (LPME) e i valori positivi a
      periodi precedenti LPME.

      – le influenze esterne sulla tettonica terrestre: ricordo il tuo articolo,
      ma non i dettagli e non sono riuscito a trovarlo, e non ho difficoltà ad
      ammettere un’influenza (chiamiamola correlazione) gravitazionale esterna
      sulle rocce terrestri. Le trazioni sulle masse solide variano nel tempo ma
      soprattutto agiscono su situazioni statiche o dinamiche variabili (certo, la
      tettonica delle placche, ma anche la presenza o meno di ghiaccio che agisce
      da collante, vulcanesimo, penso in particolare a quello di dorsale,
      terremoti, forse “accesi” da queste forze gravitazionali). Trovare conferme,
      come scrivi, è bello ma scontato, correlazione o relazione funzionale che
      sia. Ciao. Franco
      P.S.: Questa storia della correlazione mi fa venire in mente il grave dilemma
      venuto alla luce in questi giorni di vaccino-complicazioni: si crede
      normalmente che correlazione significhi relazione “fisica” o nesso causale e
      chi conosce l’argomento si guarda bene dal raccontare la storia giusta,
      magari ribadendola più di una volta, per instillare il concetto negli
      ascoltatori che credono ancora che mettere in relazione (come ho fatto in
      un vecchio post) la produzione mondiale di riso e la durata del “fumo lento”
      con la pipa significhi che i due eventi sono fisicamente legati tra loro.

  2. Lino Basaglia

    Buongiorno, da un lettore non iscritto al sito.

    Aggiungo un’opinione alla nota dell’Autore in merito alla lettura del foglio di calcolo: utilizzato nel’analisi ddel lavoro in oggetto:
    “… quando ho aperto l’allegato con i dati ho visto che praticamente tutte le serie del mercurio erano sostituite dal tag “#” …”

    Il comportamento segnalato può essere frequentemente motivato dalla insufficiente larghezza visibile della colonna corrispondente ai dati apparentemenete non leggibili, in base alla visualizzazione di default dell’applicazione foglio di calcolo stessa; si risolve allargando la larghezza della colonna, rendendo così la visualizzazione idonea alla lettura del foglio, e non invece casusata da errore di congruità.

    Lino

    • grazie per il suggerimento. Io sono del tutto negato per i fogli
      elettronici: ho vagamente imparato ad inserire valori ma non ho la più
      pallida idea di come agire al suo interno. Lavoro solo con file ascii,
      cercando di evitare il tab.
      Certamente userò il suggerimento la prossima volta in cui dovrò scaricare
      dati. Grazie ancora. Franco

  3. rocco

    una domanda:
    si potrebbe considerare anche il fatto che la galassia ruota e con essa il braccio in cui è situato il sistema solare e che potrebbe attraversare zone a densità di materia diversa con condizioni gravitazionali diverse, per cui i cicli di Milankovic possono variare?

    • Si, certo, si potrebbe considerare il moto del braccio attraverso regioni a
      densità diversa ma, anche se in realtà non lo è veramente, il moto va
      considerato quello di un corpo rigido, per cui la regione in cui si trova il
      sistema solare non cambia di densità. Il moto da considerare è quello del
      sistema solare (del Sole) che oscilla attorno alla sua orbita galattica
      media per gli effetti gravitazionali di altre stelle o di regioni in grado
      di perturbare l’orbita e quindi chi conta è il posizionamento del Sole in aree
      a densità diversa.
      Ho anche il sospetto che la rotazione dei bracci a spirale richieda un tempo
      che è difficilmente compatibile con (nel senso che è troppo superiore a) i cicli
      di Milankovic. Franco

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