Quando la Terra era una palla di ghiaccio

Nota sulla figura: la distribuzione dei continenti allora non era affatto questa.

L’ossigeno libero in atmosfera non è sempre stato presente sulla Terra, ma questa è un’altra storia.

Quando l'ossigeno divenne finalmente disponibile e si affiancò ai cicli biologici di zolfo e carbonio è possibile che abbia dato origine a un cambiamento radicale nel clima terrestre, e probabilmente fu anche responsabile della prima estinzione di massa su questo pianeta.

Le prove in nostro possesso suggeriscono in maniera stringente che circa 200 milioni di anni dopo il Grande Evento Ossidativo in varie parti del mondo si siano formati enormi ghiacciai che durarono più o meno 300 milioni di anni. Si tratta di una delle glaciazioni più lunghe e massicce della storia della Terra. Il ghiaccio era presente non solo sulla terraferma, ma anche lungo gli oceani, forse fino all'Equatore: la Terra insomma, si presentava come una gigantesca «palla di neve». Ma cosa determinò un tale sconvolgimento climatico?

Una delle possibili cause fu l’accumulo di ossigeno nell'atmosfera. Mentre l'interno della Terra è riscaldato dalla radioattività, l’esterno è riscaldato dal Sole. Le radiazioni solari vengono riflesse, rimbalzando indietro verso lo spazio, ma alcune rimangono intrappolate nell'atmosfera terrestre. Attualmente i principali gas che trattengono il calore sono il vapore acqueo e l'anidride carbonica. Se l'atmosfera fosse priva di gas serra, in effetti, gli oceani della Terra sarebbero congelati. Ma 2,4 miliardi di anni fa la situazione era ancora più estrema. In quell'epoca il sole era del 25% circa meno luminoso rispetto ad oggi, motivo per cui emanava meno calore. Affinché gli oceani fossero liquidi in superficie, i gas dovevano essere molto abbondanti e in grado di assorbire energia solare, specie le radiazioni infrarosse, una forma di energia oltre che il di calore invisibile a occhio nudo ma percepita dalla nostra pelle. Uno dei gas più efficaci nell'assorbire le radiazioni infrarosse è il metano.

Oggi come oggi il metano è un gas serra relativamente minore, anche se con effetti climalteranti maggiori degli altri, ma 2,4 miliardi di anni fa era quasi sicuramente molto più abbondante. La sua composizione è semplicissima: un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno. Il metano brucia facilissimamente in presenza di ossigeno, segno che nei suoi legami è immagazzinata un'enorme quantità di energia. È il prodotto della respirazione di certi microbi in condizioni strettamente anaerobiche. Vale a dire che, se l'ossigeno non è disponibile, alcuni microbi possono ricorrere a una speciale nanomacchina per estrarre l'idrogeno dagli zuccheri ed altri molecole organiche, unirlo all'anidride carbonica e formare così il metano come prodotto di scarto. Questi microbi sono gli Archaea, il secondo grande gruppo dei procarioti. Il nano apparato dei microbi produttori di metano è molto sensibile all'ossigeno; bastano piccole concentrazioni di ossigeno perché si interrompa la produzione di metano. Oggi i microbi metanogeni si trovano comunemente in natura, per esempio negli intestini di mucche e altri ruminanti, nonché negli esseri umani, ma 2,4 miliardi di anni fa organismi del genere erano abbondantissimi anche nelle acque costiere di tutto il mondo.

Pur in presenza di ossigeno, diversi altri tipi di microbi usano il metano come fonte di energia e per la crescita cellulare. Il consumo di metano da parte dei microbi rappresenta una delle modalità più semplici e veloci per eliminare il gas. Una volta evoluta questa capacità, dobbiamo supporre anzitutto che l'apparato per l'eliminazione del metano ne abbia drammaticamente ridotto il flusso dagli oceani nell'atmosfera, e in secondo luogo che l'ossigeno nell'atmosfera abbia eliminato, con l'aiuto della luce solare, il metano atmosferico. Parallelamente alla scomparsa di un'importante gas in grado di assorbire il calore infrarosso, il sole, ancora giovane e debole, non forniva calore sufficiente a impedire il congelamento degli oceani . E’ quasi certo che la conseguente formazione di ghiaccio o melma ghiacciata lungo la superficie dell'oceano abbia ridotto l'area per la crescita dei microbi fotosintetici e allo stesso tempo impedito lo scambio di gas tra oceano e atmosfera. La documentazione geologica indica che seguirono lunghi periodi di freddo, durante i quali gli oceani rimasero ambienti inospitali: era nata la «Terra a palla di neve», il primo episodio di perturbazione climatica indotta dai microbi nella storia geologica del pianeta.

Le condizioni di questa epoca sembrano essersi ripetute più volte nel corso del tempo; l'ultima è collocabile intorno a 750 milioni di anni fa. Incredibile ma vero, le istruzioni per costruire le nanomacchine fondamentali furono in qualche modo trasmesse ai pochi microbi sopravvissuti. Questi organismi furono dei veri e propri pionieri, in quanto traghettarono la vita da un'area all'altra, preservandola dalla desolazione planetaria.

 

 

Conclusione

Se un climascettico conoscesse bene questa storia, forse tornerebbe sui suoi passi cercando di argomentare per rispondere ad una delle domande fondamentali che da anni Aldo Piombino rivolge loro.

Il grafico riporta l’andamento delle temperature medie nel corso della storia della Terra per due modelli: una per un pianeta privo di atmosfera e l’altra con un contenuto analogo all’attuale. Con una fonte di calore ridotta a causa della minore energia proveniente dal Sole la Terra sarebbe rimasta congelata fino ad almeno 1,5 miliardi di anni fa. E invece sappiamo bene che la vita, con la presenza di acqua liquida fondamentale per essa, era presente da almeno 3,5 miliardi di anni (chi dice poco più chi poco meno). E senza un contributo importante di gas serra come sarebbe stato possibile?

E ancora: come mai la glaciazione planetaria de la Terra «a palla di neve» inizia proprio dopo il Grande Evento Ossidativo con un crollo dell’anidride carbonica, dei gas serra in generale, e finisce quando la diffusione degli Archaea inonda l’atmosfera del metano, potentissimo gas serra?

Non appare al signor climascettico che sia proprio la maggiore o minore presenza di gas serra un elemento pressoché fondamentale nella regolazione climatica del sistema Terra? Certamente non da solo, ma sicuramente, al di là di ogni ragionevole dubbio e corroborato dal 97% di consenso scientifico internazionale e multidisciplinare, LA causa del cambiamento climatico in corso: quella di origine antropica.

La storia è maestra di vita si dice. Che lo sia anche la storia della Terra!

Aggiornamento del 12 dicembre 2023. Sempre Aldo Piombino, in un suo interessante post, ci racconta come prima del Criogeniano i batteri fossero gli unici produttori primari degni di nota negli oceani.