Ghiacciaio Hubbard, Alaska. Credit: robertraines/Flickr, CC BY 2.0

La regione relativamente calma dello spazio che occupiamo oggi nel sistema solare nasconde un passato ardente e violento, e un futuro da brividi. Questa serie esplora la storia geologica e naturale della Terra, iniziando con la formazione del nostro sistema solare, passando attraverso gli impatti degli asteroidi e le estinzioni di massa, e finendo con l’impatto umano sull’ambiente di oggi. Per afferrare veramente la grandezza dei cambiamenti che il nostro pianeta ha subito, abbiamo bisogno di sfrecciare attraverso immense scale temporali, soffermandoci su importanti pietre miliari.

Fino ad ora: La vita si è formata piuttosto rapidamente sulla Terra, appena 500 milioni di anni dopo la formazione del nostro pianeta di 4,56 miliardi di anni. E circa 2,4 miliardi di anni fa (bya), l’ossigeno fece la sua prima apparizione su larga scala nell’atmosfera e negli oceani, causando prontamente un’estinzione di massa e facendo precipitare la Terra nell’era glaciale huroniana.

Durante l’era glaciale huroniana, causata dalla saturazione del nuovo gas ossigeno nell’aria e nelle acque, la Terra divenne progressivamente più fredda nonostante il Sole aumentasse di luminosità invecchiando. L’ossigeno nell’atmosfera rimosse il metano, un gas serra che manteneva la Terra calda. L’era glaciale seguì il Grande Evento di Ossigenazione, la prima delle ventiquattro estinzioni di massa che il nostro pianeta ha visto. Moltitudini di forme di vita unicellulari furono spazzate via, e i sopravvissuti furono congelati in sospensione dal freddo strisciante proveniente da tutte le direzioni.

Le prove di questa era glaciale sono presenti lungo l’omonimo lago Huron e il lago Superiore, in Canada. Questa parte del Canada è un cratone, una parte vecchia e stabile della crosta terrestre che si è mantenuta fino ad oggi. Questo cratone faceva parte del Kenorland, il supercontinente che esisteva vicino alle regioni equatoriali della Terra. Infatti, anche altri cratoni del Kenorland, come il Michigan e l’Australia occidentale, mostrano prove di grandi depositi glaciali di questo periodo.

Mentre il nostro pianeta si ghiacciava lentamente, con strati su strati di ghiaccio che si formavano sulla terra e sul mare, il supercontinente Kenorland ha iniziato a disgregarsi. E nel processo, l’attività vulcanica fu ripresa. A differenza dell’altro supercontinente chiamato Vaalbara, Kenorland era enorme. Mentre il Vaalbara si divise solo in due cratoni, ora in Africa e Australia, il Kenorland era enorme: conteneva cratoni ora in Canada, Stati Uniti, Scandinavia, Groenlandia e il deserto del Kalahari nell’Africa meridionale. Quando tali grandi masse terrestri si rompono come pezzi di un biscotto, causano cambiamenti estremi al clima globale.

Prima di tutto, causano fratture e spaccature sul fondo del mare. Questo causa il riscaldamento della parte superiore del fondo marino. La crosta galleggia sul mantello, spesso perdendo le sue parti inferiori a causa della roccia fusa viscosa. Poiché la roccia calda è molto meno densa, sale nel mantello, aumentando l’altezza dei continenti. Un aumento dell’altezza significa altitudini più elevate, dove l’aria è più fredda. Inoltre, il riscaldamento degli oceani ha causato un aumento dell’evaporazione, che ha poi aumentato le precipitazioni globali. Questo raffreddò ulteriormente il pianeta. Man mano che il pianeta diventava sempre più bianco, la sua riflettività aumentava. Tutta la luce del sole veniva riflessa, impedendo ulteriormente la ritenzione del calore.

Tali eventi che continuano ad alimentare il freddo crescente sono chiamati anelli di feedback positivo.

L’era glaciale huroniana vide ghiacciai e ghiaccio che coprivano parti della terra e dell’oceano quasi fino all’equatore. Questa è stata la più lunga era glaciale della storia, che si è estesa per quasi 300 milioni di anni, dal 2,4 bya al 2,1 bya. Una causa importante per la persistenza di questa era glaciale sembra essere stata una pausa nell’attività vulcanica, che ha ridotto ulteriormente l’anidride carbonica e il metano nell’atmosfera, alcuni dei quali sono rimasti intrappolati nel ghiaccio e negli oceani.

Le ere glaciali terminano a causa di un ciclo di feedback negativo. In un periodo di glaciazione, c’è un’intensa nevicata e l’acqua è intrappolata sotto forma di enormi quantità di ghiaccio sulla terraferma. Così, il livello del mare scende. Anche le precipitazioni scendono perché non c’è più abbastanza acqua nell’atmosfera. Le precipitazioni mantengono il freddo. Il ghiaccio marino si scioglie più velocemente delle grandi lastre di ghiaccio sulla terraferma. Così, una volta che la Terra non poteva più raffreddarsi e ha finito le precipitazioni per mantenere il freddo, ha iniziato a riscaldarsi a causa del Sole. Anche un piccolo scioglimento del ghiaccio marino può far sì che l’acqua cominci ad assorbire il calore del Sole, innescando un ciclo che libera anidride carbonica e causando altro scioglimento, ponendo così fine molto rapidamente alla glaciazione. Questo è il motivo per cui tutte le ere glaciali sono finite molto più velocemente di quando sono iniziate.

Poco dopo la fine dell’era glaciale huroniana e la rottura del Kenorland, in qualche parte degli oceani globali, un organismo unicellulare, molto probabilmente un batterio, attaccò un altro, probabilmente un archeo, che lo ingoiò e lo lasciò sopravvivere al suo interno. Entrambi questi organismi avevano bisogno del prodotto di scarto dell’altro per sopravvivere, e così hanno lavorato insieme in quella che si chiama endosimbiosi. Questa piccola cellula divenne la prima vita unicellulare complessa con un nucleo, membrane, e l’archeo che diventava il mitocondrio. Tali forme di vita oggi sono conosciute come eucarioti, e questa particolare cellula è l’antenata di ogni organismo vivente oggi. Questo accadde circa 2,1 bya, dopo quasi 2,5 miliardi di anni di vita unicellulare elementare, primitiva e semplice.

Concezione artistica di Rodinia. Credit: Tomo Narashima

Nel frattempo, le parti di Kenorland che si erano rotte si muovevano nei mari, scontrandosi di nuovo con cratoni più nuovi e formando un nuovo enorme supercontinente chiamato Columbia. Columbia era ancora più grande di Kenorland, e conteneva cratoni che oggi appartengono al Nord America, alla Scandinavia, all’Australia, all’India e al Sud America. Infatti, la costa occidentale dell’India era attaccata alla costa orientale del Nord America, mentre la costa occidentale del Canada era attaccata all’Australia meridionale. La Scandinavia era attaccata al Brasile, e tutte le terre emerse erano strettamente raggruppate insieme. Dopo che fu completamente assemblato 1,8 bya, Columbia iniziò ad espandersi in dimensioni a causa della formazione di roccia vulcanica ai suoi confini, con il magma fuoriuscito che iniziò a raffreddarsi e solidificarsi.

Questa attività vulcanica innescò altro vulcanismo interno, e naturalmente iniziò a spaccare il supercontinente. Il Columbia ha iniziato a dividersi 1,4 bya, con cratoni che si dividevano in parti dell’India, del Nord America, della Cina, dell’Africa, della Scandinavia e dell’Australia di oggi. Questi cratoni non sopravvissero a lungo in modo indipendente. Si scontrarono tra loro e con altri cratoni appena nati molto rapidamente, formando il supercontinente successivo, Rodinia, 1,3 bya.

Rodinia rimase quasi interamente nell’emisfero meridionale ed è una parte molto importante della storia biologica della terra. Il supercontinente ha visto l’evoluzione degli eucarioti in organismi multicellulari attraverso la prima comparsa della riproduzione sessuale. Ha visto la formazione dello strato di ozono nell’atmosfera; e la sua rottura ha causato un’altra era glaciale, la più terrificante di tutte.

Quando Rodinia ha iniziato a disgregarsi, ha causato improvvise e gigantesche spaccature nel fondo del mare. Questo causò il riscaldamento della crosta, ripetendo lo stesso meccanismo che aveva causato i picchi di pioggia durante la precedente era glaciale. Questo ha portato ad un ulteriore raffreddamento, provocando un’era glaciale.

Ma questa era glaciale, quella criogenica, era diversa da quella huroniana. Infatti, una tale era glaciale non è mai più stata vista nella storia della Terra. Le calotte di ghiaccio e i ghiacciai si estendevano dai poli al centro dell’equatore, coprendo ogni centimetro del pianeta, facendolo sembrare una gigantesca palla di neve. Giustamente, il fenomeno è noto come “Terra a palla di neve”. L’era glaciale criogenica fu causata da due rapidi eventi di glaciazione nell’era glaciale, separati da un periodo di interglaciazione molto piccolo e caldo. Questa era glaciale più estrema del nostro pianeta durò da 720 mya a 635 mya.

Il disgelo di questo ghiaccio – quando la Rodinia si separò – vide una maggiore evoluzione della vita. La frammentazione delle masse terrestri causò un aumento del vulcanismo nei mari, che a sua volta causò un afflusso di nutrienti nell’acqua. Negli ultimi milioni di anni del supereon Precambriano, apparve il primo “animale”: la spugna. La diffusione del fondo dell’oceano causò anche la formazione di molti mari poco profondi, con la vita che finalmente fece il viaggio dall’acqua alla terra. Questo coincise con il crollo definitivo della Rodinia e segnò la transizione della scala temporale geologica dal supereone Precambriano all’eone Fanerozoico.

Da questo momento in poi, la documentazione geologica sul nostro pianeta diventa più dettagliata grazie all’abbondanza di fossili. L’eone Fanerozoico, che inizia a 542 mya, si traduce letteralmente in “periodo di vita ben definito”. Mentre il supereon Precambriano abbracciava tre grandi eoni ed è durato più di quattro miliardi di anni, nell’eone Fanerozoico è successo molto di più sulla Terra. C’è stata più diversità, più cambiamenti su larga scala nelle caratteristiche della superficie e nell’atmosfera del nostro pianeta, e ben venti estinzioni di massa in più.

Credito: Satwik Gade

In termini di vita, il più grande cambiamento sulla Terra è avvenuto nel primo Fanerozoico, nel periodo Cambriano. Nel giro di 25 milioni di anni, tutta la vita sulla Terra si era diversificata in modo inconcepibile. Dalla vita unicellulare complessa di base, apparvero gli antenati di molti animali di oggi. Forami, funghi, alghe, organismi che costruiscono la barriera corallina – tutti cominciarono ad apparire nel record fossile. I fossili trapuntati di insetti che strisciavano sul fondo del mare sono i più abbondanti. In effetti, una tale diversificazione di massa di organismi complessi in un periodo di tempo così breve, senza neanche un precursore, fu notata da Charles Darwin come un argomento valido contro la teoria della selezione naturale (sopravvivenza del più adatto). Questo sprint di diversificazione è chiamato l’Esplosione Cambriana.

Nel frattempo, la vita sulla terraferma stava lottando per sopravvivere. I plancton erano già nati, ma la terra fu colonizzata per la prima volta da stuoie microbiche di cianobatteri. L’adattamento alla terra richiedeva la capacità di crescere contro la gravità. Le forme di vita dovevano anche smettere di fare affidamento su un mezzo come l’acqua per trasportare i nutrienti e le uova/sperma. La mancanza di nutrienti nell’aria significava che era più difficile sopravvivere. Le piante multicellulari sulla terraferma hanno impiegato molto tempo per evolversi, anche se la fauna diversificata sugli oceani si moltiplicava rapidamente e prosperava. Le forme di vita dominanti durante il periodo Cambriano erano i trilobiti, un gruppo di artropodi estinti. Fiorirono per quasi 270 milioni di anni, il che li rendeva gli animali marini di maggior successo. Sono sopravvissuti alle prime due estinzioni di massa mortali e a un totale di otto, prima di scomparire definitivamente dalla terra.

Fossile di un trilobite trovato in Marocco, Africa. Credit: Mike Peel, 2010

Mentre questi insetti marini strisciavano sott’acqua, i cratoni sopra di loro erano di nuovo in movimento. Si sono scontrati tra loro e stavano formando un altro supercontinente chiamato Pannotia. Ma questa volta, gli elementi costitutivi del supercontinente non sono rimasti davvero uniti. Pannotia si ruppe meno di 60 milioni di anni dopo la sua formazione, causando di nuovo cataclismi sul clima e sulla vita globale. Durante il Cambriano ci furono quattro picchi successivi di estinzione di massa entro 20 milioni di anni l’uno dall’altro, cancellando quasi il 40% di tutta la vita marina e annunciando un nuovo periodo.

Il periodo Ordoviciano iniziò 485 mya e segnò la comparsa dei primi veri vertebrati: i pesci. Nell’oceano c’erano numerose creature con il guscio, molluschi e artropodi, simili alle lumache, ai ragni e ai gamberetti di oggi, solo di dimensioni molto più piccole. C’erano stelle marine, spugne, coralli e altri filtratori che andavano alla deriva nelle acque che si riscaldavano lentamente.

Sulla terra, le piante primitive avevano lentamente ma sicuramente iniziato a crescere. Tuttavia, c’era una complicazione. Il suolo come lo conosciamo noi non esisteva nell’Ordoviciano. Il suolo è una combinazione di minerali e materia organica in gran parte decomposta. E 465 mya, lo strato superiore sarebbe stato solo roccia nuda o sabbia, incapace di sostenere la vita. Funghi, alghe, muschi e licheni iniziarono comunque a crescere sulla terraferma, essendo piccole piante minuscole che si facevano strada nella roccia e nella sabbia, cercando di resistere. Le piante più comuni erano i licheni, che si trovano ancora oggi sulle terre aride del deserto. Quando cominciarono ad arrivare gli animali scavatori, il suolo divenne più fertile. Gli scavatori dell’Ordoviciano erano vermi e acari, che si contorcevano attraverso la roccia, allentandola.

Ma lo scavare di questi minuscoli vermi e piante, che avevano iniziato ad attaccarsi alle rocce, ebbe conseguenze inaspettate. Ad un certo punto, lo strato superiore della roccia in più punti erose nel mare, uccidendo tutta la vita su di esso. Le piante sulla terraferma erano fotosintetiche, quindi la costante morte di queste piante causò la diminuzione dei livelli di anidride carbonica. La vita morta che entrava nell’acqua faceva salire i livelli di carbonio nell’acqua, facendo scendere il contenuto di ossigeno.

Nel frattempo, i cratoni rimasti da Rodinia e Pannotia si erano ricombinati per formare continenti più piccoli. L’America del Sud, l’Australia, l’Antartide, l’India e l’Africa si erano raggruppati per formare un grande continente chiamato Gondwanaland, dal nome del popolo Gond dell’India centrale. Gondwanaland stava andando costantemente alla deriva verso il Polo Sud, nelle fredde e scure regioni inferiori del pianeta. Il freddo lento, unito alla diminuzione dell’anidride carbonica, portò all’ennesima era glaciale.

Le ere glaciali, come le estinzioni di massa, sono andate e venute. Proprio come le estinzioni di massa, ci sono state cinque grandi ere glaciali. Anche se le Cinque Grandi di ciascuna non coincidono, ogni era glaciale è quasi sempre accompagnata da un’estinzione di massa. In questo caso, la terza delle cinque grandi ere glaciali ha coinciso con la prima delle cinque grandi estinzioni di massa. L’inizio della glaciazione andino-sahariana ha messo in moto una catena di eventi che ha portato all’estinzione di massa dell’Ordoviciano-Siluriano.

Le ere glaciali causano cambiamenti nel livello del mare, fluttuazioni su larga scala nel clima, ed eventuale vulcanismo che alla fine contribuisce al ciclo di feedback negativo. Il vulcanismo e il cambiamento del livello del mare, tuttavia, rilasciano gas tossici nell’atmosfera che possono poi causare anossia (mancanza di ossigeno) negli oceani e nell’atmosfera, il che forma un ulteriore ciclo di feedback positivo per le estinzioni di massa. Questa estinzione di massa ha ucciso oltre il 40% della vita sulla terraferma e quasi l’85% della vita in acqua.

Oltre all’erosione del suolo e alla glaciazione, c’è un’altra ipotesi che gli scienziati sospettano possa aver causato l’estinzione di massa: un’esplosione di raggi gamma.

Rendition artistica di un’esplosione di raggi gamma che distrugge una stella. Immagine: NASA Goddard Space Flight Center

I gamma ray burst sono lampi di energia molto potenti e imprevedibili osservati in galassie lontane. Sono il modo più energico in cui la radiazione elettromagnetica può essere scatenata nell’universo. Si sprigionano come getti quando una stella morente collassa, a volte in un buco nero. In meno di due secondi, un Gamma Ray Burst può emettere tanta energia quanta ne emetterebbe il Sole in dieci miliardi di anni. Dieci miliardi.

L’esposizione a un singolo gamma ray burst nel suo percorso diretto potrebbe distruggere completamente il nostro pianeta fisicamente, facendolo a pezzi. Un raggio gamma che passa vicino alla Terra potrebbe danneggiare chimicamente l’atmosfera e privare il pianeta di tutto l’ozono. E potrebbe praticamente uccidere tutta la vita sulla Terra oggi, che è esattamente quello che è successo nell’estinzione di massa Ordoviciano-Siluriano, la seconda peggiore estinzione di massa che il mondo abbia mai visto.

La prossima puntata parlerà dell’evoluzione delle piante, dell’ulteriore evoluzione degli animali, delle prime montagne sul pianeta, di cinque estinzioni di massa tra cui la prossima grande, e della formazione dell’ultimo grande supercontinente.

Sandhya Ramesh è uno scrittore scientifico che si occupa di astronomia e scienze della terra.