Daniel Rothman lavora all'ultimo piano del Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie del Massachusetts Institute of Technology—un grande edificio in cemento che si affaccia sul fiume Charles a Cambridge. Matematico di formazione, Rothman studia i sistemi complessi e ha trovato un soggetto avvincente nel comportamento della Terra. In particolare, indaga il ciclo del carbonio del pianeta nel lontano passato, specialmente durante rari momenti in cui ha superato un punto di non ritorno ed è precipitato fuori controllo, impiegando centinaia di migliaia di anni per riprendersi.
Poiché tutta la vita sulla Terra è basata sul carbonio, le grandi perturbazioni del ciclo del carbonio sono meglio conosciute come estinzioni di massa. I geologi hanno fatto una scoperta preoccupante negli ultimi decenni: molte delle estinzioni di massa della Terra—inclusa la peggiore in assoluto—non furono causate da impatti di asteroidi, come si pensava un tempo, ma da enormi eruzioni vulcaniche che rilasciarono quantità catastrofiche di CO₂ nell'atmosfera e negli oceani.
Se troppa CO₂ viene rilasciata troppo rapidamente, può sopraffare il ciclo del carbonio e innescare un ciclo di feedback planetario. I processi naturali della Terra possono quindi amplificare il problema, rilasciando ancora più carbonio e scatenando una spirale devastante per il clima che dura 100.000 anni prima che ritorni la stabilità. Non importa se i livelli di CO₂ sono inizialmente alti o bassi—ciò che conta è la velocità del cambiamento. Un aumento rapido può portare al disastro.
Il ciclo del carbonio normalmente gestisce il lento e costante rilascio di CO₂ dai vulcani nel corso di milioni di anni, spostando il carbonio tra aria, oceani e esseri viventi prima che ritorni infine nella Terra. Ma se un'enorme quantità di carbonio viene rilasciata in un tempo molto breve—più rapidamente di quanto il pianeta possa assorbire—può innescare una reazione a catena di gran lunga più distruttiva dell'evento iniziale. Potrebbe esserci una soglia critica che separa i normali eventi di riscaldamento, a cui la vita può adattarsi, dalle estinzioni fuori controllo.
Sebbene siano passati più di 60 milioni di anni da quando la Terra ha oltrepassato l'ultima volta una tale soglia, la ricerca di Rothman suggerisce che ora stiamo spingendo il pianeta lungo lo stesso pericoloso percorso. Una volta superata quella linea, un'estinzione di massa potrebbe diventare inevitabile, anche se impiegherà migliaia di anni per dispiegarsi completamente.
Nel corso della storia della Terra, ci sono stati solo pochi modi per rilasciare enormi quantità di carbonio dalla crosta nell'atmosfera: rari, enormi eventi vulcanici che si verificano all'incirca ogni 50 milioni di anni, e—per quanto ne sappiamo—il capitalismo industriale, che è accaduto una sola volta.
Le estinzioni di massa non sono semplicemente eventi molto gravi. Non sono pandemie che sconvolgono la civiltà come il COVID-19, che ha ucciso meno dell'1% di una singola specie di primati. Non sono come la perdita di un quarto della vegetazione mondiale o la glaciazione che ha sterilizzato gran parte del Nord America 20.000 anni fa. Non sono nemmeno come le eruzioni dei supervulcani, che—sebbene capaci di devastare la società moderna—non hanno avuto effetti duraturi sulla biodiversità globale. Questi fanno tutti parte delle normali sfide della vita sulla Terra. La vita le ha sopportate in passato. Se fosse vulnerabile al tipo di perturbazioni di routine che fanno parte della vita quotidiana su un pianeta vulcanico. Ma sebbene la Terra sia un mondo robusto, resiliente a tutti i tipi di stress inimmaginabili che sopporta regolarmente, ogni 50-100 milioni di anni accade qualcosa di veramente catastrofico. Queste sono le maggiori estinzioni di massa, quando le condizioni sulla superficie del pianeta diventano così ostili ovunque da sopraffare la capacità di quasi tutta la vita complessa di adattarsi.
Cinque volte nella storia della vita animale, questa devastazione ha raggiunto—e in un caso, superato di gran lunga—la soglia alquanto arbitraria di spazzare via il 75% delle specie della Terra, guadagnandosi il titolo di "maggior estinzione di massa". I paleontologi le chiamano le Big Five, sebbene i reperti fossili mostrino anche dozzine di altre estinzioni di massa meno gravi. La più recente delle Big Five colpì 66 milioni di anni fa, una catastrofe globale abbastanza grave da porre fine al regno dei grandi dinosauri.
Ha lasciato dietro di sé un cratere largo 110 miglia, scoperto nel 1978 sotto la penisola dello Yucatán in Messico da geofisici che lavoravano per la compagnia petrolifera statale Pemex. Le dimensioni e la forma del cratere indicavano che un asteroide largo sei miglia aveva scavato istantaneamente un buco profondo 20 miglia nel terreno. Tre minuti dopo, una montagna estremamente temporanea di granito fuso esploso alta 10 miglie si sollevò verso l'alto. Nel caos, il 76% delle specie animali fu spazzato via.
In confronto, il danno che gli umani hanno inflitto al resto del mondo vivente è relativamente modesto finora, rappresentando forse meno del 10% delle specie perse. Almeno per ora. Secondo un influente studio del 2011 su Nature del paleobiologo Anthony Barnosky, se continuiamo al nostro attuale tasso di estinzione, potremmo passare dal nostro livello già allarmante—una piccola estinzione di massa—alla sesta maggior estinzione di massa in appena tre secoli o fino a 11.330 anni. Per i futuri geologi, non sembrerebbe diverso da un impatto di asteroide. Ancora più preoccupante, potrebbero esserci punti di non ritorno lungo il percorso in cui le specie rimanenti nel mondo scompaiono quasi tutte in una volta, come i nodi in una rete elettrica che falliscono insieme durante un collasso.
Considerando quanto sia già stato devastante l'impatto umano sulla biosfera, è agghiacciante pensare che il peggio della nostra estinzione di massa potrebbe essere ancora davanti a noi.
Un periodo della storia del nostro pianeta spicca come unicamente istruttivo—e unicamente caotico, volatile e mortale—quando si tratta di sovraccarico di CO2. Trecento milioni di anni fa, la Terra perse ripetutamente il controllo del suo ciclo del carbonio e sopportò 90 milioni di anni di estinzioni di massa, incluse due delle peggiori catastrofi globali di tutti i tempi, entrambe guidate dalla CO2. In un'occasione, il pianeta quasi morì. Il paleontologo Paul Wignall la descrisse come soccombente a "un clima di malvagità senza pari". Alla fine del periodo Permiano, 252 milioni di anni fa, abbastanza lava eruppe dalla Siberia e si infiltrò nella crosta da seppellire i 48 stati inferiori degli USA sotto un chilometro di roccia.
Un chilometro di profondità.
I resti di questi antichi flussi di lava sono conosciuti come Trappi siberiani. Oggi, formano drammatici canyon fluviali e altopiani di roccia nera nella remota taiga selvaggia della Russia. Le eruzioni che li crearono, un tempo coprirono la Siberia con 2 milioni di miglia quadrate di basalto fumante, appartengono a una rara classe di giganti chiamate Grandi Province Ignee (LIPs).
Le LIPs sono di gran lunga i fenomeni più pericolosi nella storia della Terra, con un record di gran lunga più catastrofico degli asteroidi. Questi vulcani uccidi-pianeta, una volta per era, sono completamente diversi dalle tipiche eruzioni come Tambora, Monte Rainier, o Krakatau—o persino Yellowstone. Immaginate se le Hawaii si fossero formate non in decine di milioni di anni, sparse attraverso il Pacifico, ma tutte in una volta in un breve, violento scoppio. In meno di un milione di anni, e tutti in una regione—a volte persino erompendo attraverso i centri dei continenti—questi massicci eventi vulcanici, conosciuti come Grandi Province Ignee (LIPs), sono il drammatico promemoria della Terra che la nostra sottile crosta rocciosa e il delicato strato di vita che la ricopre poggiano sopra un ribollente, indifferente motore planetario. Qui, correnti colossali di roccia trascinano intere placche oceaniche fino al nucleo del pianeta per essere distrutte e rifatte. Quando questo processo viene interrotto, le LIPs eruttano come un'indigestione tettonica, inondando vaste aree con roccia vulcanica. Se queste eruzioni sono abbastanza grandi e rapide, possono devastare il mondo.
Alla fine del periodo Permiano, durante la più grande estinzione di massa della storia, queste eruzioni avrebbero prodotto esplosioni terrificanti, probabilmente causando brevi inverni vulcanici e piogge acide. Ci fu avvelenamento diffuso da mercurio, insieme a gas tossici di fluoro e cloro—simili a quelli che soffocarono i soldati nelle trincee della Prima Guerra Mondiale. Più critico, e catastrofico per la vita, le eruzioni rilasciarono una quantità di anidride carbonica che alterò il pianeta.
Interessante, man mano che la datazione della lava siberiana è diventata più precisa, ora sappiamo che l'estinzione di massa non iniziò che 300.000 anni dopo l'inizio delle eruzioni—dopo che due terzi della lava avevano già inondato la Pangea settentrionale con roccia spessa miglia. Questo è sconcertante. I vulcani avevano emesso la loro solita miscela mortale per centinaia di migliaia di anni, superando di gran lunga l'inquinamento industriale moderno. Ci sarebbero state innumerevoli esplosioni violente e tempeste corrosive di pioggia acida. Eppure la vita persistette; la biosfera è resiliente. Allora perché, dopo tanta devastazione sostenuta, la vita crollò improvvisamente in tutto il mondo, persino negli oceani più profondi sul lato opposto del pianeta?
Cosa causò l'estinzione di massa? "Puoi escludere le lave", dice Seth Burgess, un geologo dello US Geological Survey. Ma qualcosa di questi vulcani siberiani deve essere cambiato drammaticamente dopo 300.000 anni, innescando il collasso globale. Allora cos'era?
Il pianeta iniziò a bruciare i propri combustibili fossili.
Il risultato fu un massiccio afflusso di carbonio che sopraffece i sistemi di regolazione della Terra e spinse il clima fuori equilibrio.
I vulcani emettono naturalmente significativa CO₂—fino al 40% dei gas da una fessura può essere anidride carbonica. Ma dopo secoli di attività in superficie, qualcosa di molto più pericoloso iniziò a fermentare sottoterra. Enormi lastre di magma spesse 1.000 piedi, incapaci di raggiungere la superficie, si diffusero lateralmente attraverso la roccia profonda come radici incandescenti, riscaldando tutto sul loro percorso. È qui che le condizioni divennero catastrofiche.
Queste intrusioni di magma sotterranee bruciarono attraverso una pila di antica roccia russa spessa otto miglia nel Bacino di Tunguska. Questa torta geologica a strati includeva resti di vecchie saline e arenarie, ma più criticamente, calcare ricco di carbonio, depositi di gas naturale da antichi mari, e carbone di ere passate. A contatto, il magma incendiò questi combustibili fossili e rocce ricche di carbonio, innescando enormi esplosioni di gas che fratturarono la roccia sovrastante. In superficie, crateri larghi mezza miglia eruttarono, rilasciando gigatonnellate di anidride carbonica e metano nell'atmosfera.
Dopo centinaia di migliaia di anni di tipiche eruzioni superficiali, i vulcani avevano iniziato a bruciare nel sottosuolo. I Trappi Siberiani eruttarono su vasta scala, agendo come enormi centrali a carbone, impianti di gas naturale, e fabbriche di cemento. Come descrisse uno scienziato l'estinzione del Permiano finale, "La combustione del carbone avrebbe rappresentato un rilascio incontrollato e catastrofico di energia dalla cella a combustibile planetaria della Terra." Queste eruzioni rilasciarono enormi quantità di CO₂ molto troppo rapidamente perché il pianeta potesse assorbire.
Ecco una probabile sequenza di eventi alla fine del periodo Permiano. Primo, l'eccesso di CO₂ intrappolò più energia del sole vicino alla superficie terrestre—un processo fisico di base compreso dagli scienziati da oltre 150 anni. Di conseguenza, il pianeta si riscaldò di circa 10°C nel corso di migliaia di anni, spingendo sia la vita animale che vegetale ai loro limiti. L'aria più calda trattiene anche più umidità—circa il 7% in più per grado di riscaldamento—quindi man mano che le temperature salivano, il ciclo dell'acqua si intensificò, portando a tempeste più frequenti e severe.
Anche gli oceani si riscaldarono, riducendo il loro contenuto di ossigeno. Gli animali marini, già in difficoltà nel calore, avevano bisogno di più ossigeno, non di meno. Man mano che i mari diventavano più caldi e stagnanti, la vita marina iniziò a morire. Peggiorando le cose, la CO₂ atmosferica si dissolse nell'oceano come acido carbonico, aumentando l'acidità e esaurendo il carbonato che molti organismi usano per costruire i gusci. Le creature marine divennero deboli, malate, o non riuscirono affatto a formare gusci.
Con il collasso della vita oceanica, la rete alimentare marina iniziò a sfilacciarsi. Sulla terraferma, gli incendi distrussero gli ecosistemi e rilasciarono ancora più CO₂, mentre violente tempeste colpivano i continenti. Detriti dalla terra si lavarono in mare, portando nutrienti come il fosforo che alimentarono enormi fioriture algali. Quando queste fioriture morirono e si decomposero, consumarono ancora più ossigeno, soffocando gli oceani.
Mentre la CO₂ continuava a riversarsi dai Trappi Siberiani, il pianeta divenne più caldo, spingendo le condizioni oltre ciò che la vita complessa poteva sopportare. In questi mari privi di vita e di ossigeno, antichi batteri anaerobici—che non hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere—iniziarono a prosperare. Alcuni di questi batteri usano solfato per energia, rilasciando idrogeno solforato tossico come sottoprodotto. Questo gas è letale per la vita che respira ossigeno, come visto oggi nelle fosse di letame o intorno ai campi petroliferi come quelli nel Permiano Basin del Texas. Il veleno si diffuse attraverso l'oceano profondo e nelle acque più basse.
Il mondo divenne estremamente caldo, devastato dalle tempeste, e in gran parte spogliato di vita vegetale. Gli oceani erano acidi, privi di ossigeno, ed emettevano gas velenosi da questi antichi microbi, uccidendo quasi tutto sul loro cammino.
Lontano dalle eruzioni, in regioni polari un tempo forestate come il Sud Africa, fiumi che un tempo serpeggiavano attraverso paesaggi radicati ora scorrevano rapidamente su terreno sterile. I fiumi intagliarono canali intrecciati e vasti attraverso il paesaggio spazzato. Stagioni secche insopportabilmente calde bruciarono le foreste, solo per essere seguite da supertempeste apocalittiche che lavarono via tutto. Anche gli animali che erano prosperati in quelle foreste scomparse per milioni di anni scomparvero. Nei reperti fossili, spore fungine appaiono in tutto il mondo, segnando il collasso della biosfera. Persino gli insetti, i cui vasti numeri di solito li proteggono dall'estinzione di massa, faticarono a sopravvivere.
Mentre il calore estremo devastava la vita ai poli, la parte centrale della Terra divenne veramente aliena. Man mano che la CO2 spingeva le temperature globali verso l'alto, gli oceani tropicali divennero caldi come "zuppa molto calda"—abbastanza caldi, forse, da aliment
