L’ESTINZIONE K-T

Tracking the Course of Evolution

di Richard Cowen

NOTA: Questa è la pagina 1 di un documento di tre pagine.

Questo saggio, scritto nel 1999, è un capitolo del mio libro History of Life, pubblicato da Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Potete stamparne una copia per uso personale o educativo, e potete collegarvi a questo sito. Le illustrazioni mancano in questa versione Web del capitolo.
Cowen, R. 1994. Storia della vita. 2a edizione. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Questo è un libro di testo per matricole pubblicato da Blackwell Science. Copyright Richard Cowen 1994. Disponibile da Blackwell Science, 238 Main Street, Cambridge, Massachusetts 02142, telefono 800-215-1000. Informazioni e aggiornamenti sulla terza edizione.
Vedi anche un saggio separato dedicato all’argomento generale delle grandi estinzioni, e per uno schema della presentazione orale di Richard Cowen.
Al Dipartimento di Geologia dell’Università della California, Davis, Richard Cowen cerca di mantenere altre pagine Web di interesse:

• Aggiornamenti e collegamenti Web per il saggio sull’Estinzione KT
• Nuovi riferimenti sull’Estinzione KT che sono apparsi dopo la pubblicazione di History of Life.
• Aggiornamenti e collegamenti web per il saggio sull’Estinzione
• Nuovi riferimenti sull’Estinzione che sono apparsi da quando History of Life è stato pubblicato.
• Paleontologia nelle notizie: Pagine web di interesse attuale.

La fine dei dinosauri: l’estinzione K-T

Quasi tutti i grandi vertebrati della Terra, sulla terra, in mare e nell’aria (tutti i dinosauri, plesiosauri, mosasauri e pterosauri) si estinsero improvvisamente circa 65 Ma, alla fine del periodo cretaceo. Allo stesso tempo, la maggior parte del plancton e molti invertebrati tropicali, specialmente gli abitanti della barriera corallina, si estinsero, e molte piante terrestri furono gravemente colpite. Questo evento di estinzione segna un confine importante nella storia della Terra, il confine K-T o Cretaceo-Terziario, e la fine dell’Era Mesozoica. Le estinzioni K-T furono mondiali, colpendo tutti i principali continenti e oceani. Ci sono ancora discussioni su quanto sia stato breve l’evento. È stato certamente improvviso in termini geologici e potrebbe essere stato catastrofico per gli standard di chiunque.
Non dobbiamo però essere intrappolati nel pensare che il confine K-T abbia segnato un disastro per tutti gli esseri viventi, nonostante la portata delle estinzioni. La maggior parte dei gruppi di organismi è sopravvissuta. Insetti, mammiferi, uccelli e piante da fiore sulla terraferma, e pesci, coralli e molluschi nell’oceano continuarono a diversificarsi enormemente subito dopo la fine del Cretaceo. Le vittime del K-T includevano la maggior parte delle grandi creature dell’epoca, ma anche alcune delle più piccole, in particolare il plancton che genera la maggior parte della produzione primaria negli oceani.

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Ci sono state molte teorie sbagliate per spiegare le estinzioni dei dinosauri. Viene descritta più cattiva scienza in questo capitolo che in tutto il resto del libro. Per esempio, anche negli anni ’80 un nuovo libro sulle estinzioni dei dinosauri suggeriva che passavano troppo tempo al sole, avevano la cataratta e, non vedendo molto bene, cadevano dalle scogliere verso il loro destino. Ma per quanto convincenti o sciocche che siano, tutte le teorie che cercano di spiegare solo l’estinzione dei dinosauri ignorano il fatto che le estinzioni hanno avuto luogo nelle faune terrestri, marine e aeree, e sono state veramente mondiali. Le estinzioni K-T sono state un evento globale, quindi dovremmo esaminare gli agenti efficaci a livello globale: cambiamento geografico, cambiamento oceanografico, cambiamento climatico, o un evento extraterrestre. Il lavoro più recente sull’estinzione K-T è incentrato su due ipotesi che suggeriscono una fine violenta del Cretaceo: un grande impatto di un asteroide e una gigantesca eruzione vulcanica.

Un impatto asteroidale o cometario?

Un meteorite abbastanza grande da essere chiamato un piccolo asteroide ha colpito la Terra proprio al momento dell’estinzione K-T. La prova dell’impatto è stata scoperta per la prima volta da Walter Alvarez e colleghi. Hanno scoperto che le rocce deposte proprio al confine K-T contengono quantità straordinarie del metallo iridio (Figura 18.1). Non sembra avere importanza se le rocce di confine sono state deposte sulla terra o sotto il mare. Nell’Oceano Pacifico e nei Caraibi l’argilla contenente iridio forma uno strato nei sedimenti del fondo dell’oceano; si trova nei depositi della piattaforma continentale in Europa; e nell’America del Nord, dal Canada al Nuovo Messico, si presenta in sequenze di rocce contenenti carbone depositate su pianure alluvionali e delta. La datazione è precisa, e lo strato di iridio è stato identificato in più di 100 luoghi della Terra. Dove il confine è in sedimenti marini, l’iridio si presenta in uno strato appena sopra gli ultimi microfossili del Cretaceo, e i sedimenti sopra di esso contengono microfossili del Paleocene della prima parte del Cenozoico.
L’iridio è presente solo nelle rocce di confine e quindi è stato depositato in un unico grande picco: un evento molto breve. L’iridio si trova nei normali sedimenti del fondo marino in quantità microscopiche, ma il picco di iridio al confine K-T è molto grande. L’iridio è raro sulla Terra, e anche se può essere concentrato da processi chimici in un sedimento, un picco di iridio di queste dimensioni deve essere sorto in qualche modo insolito. L’iridio è molto più raro dell’oro sulla Terra, eppure nell’argilla del confine K-T l’iridio è di solito due volte più abbondante dell’oro, a volte più di questo. Lo stesso rapporto elevato si trova nei meteoriti. Il gruppo di Alvarez ha quindi suggerito che l’iridio è stato sparso in tutto il mondo da una nuvola di detriti che si è formata quando un asteroide ha colpito da qualche parte sulla Terra.

Un asteroide abbastanza grande da spargere la quantità stimata di iridio nel picco mondiale al confine K-T potrebbe essere stato circa 10 km (6 miglia) di diametro. I modelli al computer suggeriscono che se un tale asteroide entrasse in collisione con la Terra, passerebbe attraverso l’atmosfera e l’oceano quasi come se non ci fossero e farebbe esplodere un cratere nella crosta di circa 100 km. L’iridio e i più piccoli pezzi di detriti verrebbero diffusi in tutto il mondo dall’esplosione dell’impatto mentre l’asteroide si vaporizzerebbe in una palla di fuoco. Se davvero il picco è stato formato da un grande impatto, quali altre prove dovremmo sperare di trovare nella documentazione rocciosa? Le strutture di impatto di meteoriti ben note hanno spesso frammenti di quarzo scosso e sferule (piccole sfere di vetro) associate ad esse (Figura 18.2). Il vetro si forma quando la roccia bersaglio viene fusa nell’impatto, lanciata in aria come uno spruzzo di goccioline e quasi immediatamente congelata. Nel corso del tempo geologico, le sferule di vetro possono decadere in argilla. Il quarzo scosso si forma quando i cristalli di quarzo subiscono un improvviso impulso di grande pressione. Se non sono abbastanza riscaldati da fondersi, possono portare microstrutture particolari e inconfondibili (Figura 18.2, in alto).
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In tutto il Nord America, l’argilla del confine K-T contiene sferule di vetro (Figura 18.2, in basso), e appena sopra l’argilla è uno strato più sottile che contiene iridio insieme a frammenti di quarzo scosso. È spesso solo pochi millimetri, ma in totale contiene più di un chilometro cubo di quarzo sconvolto nel solo Nord America. La zona di quarzo sconvolto si estende ad ovest sul fondo dell’Oceano Pacifico, ma il quarzo sconvolto è raro nelle rocce del confine K-T altrove: alcuni frammenti molto piccoli si trovano in siti europei. Tutte queste prove implicano che l’impatto K-T avvenne sul o vicino al Nord America, con l’iridio proveniente dall’asteroide vaporizzato e il quarzo scosso proveniente dalle rocce continentali che colpì.
Il cratere da impatto K-T è stato ora trovato. Si tratta di una struttura geologica a forma di uovo chiamata Chicxulub, profondamente sepolta sotto i sedimenti della penisola dello Yucatán in Messico (Figura 18.3). La struttura ha un diametro di circa 180 km, una delle più grandi strutture da impatto finora identificate con sicurezza sulla Terra. Una perforazione effettuata nella struttura di Chicxulub ha colpito 380 metri (più di 1000 piedi) di roccia ignea con una strana chimica. Questa chimica potrebbe essere stata generata dalla fusione di una miscela di rocce sedimentarie nella regione. La roccia ignea sotto Chicxulub contiene alti livelli di iridio, e la sua età è di 65 Ma, esattamente in coincidenza con il confine K-T.

Sopra la roccia ignea si trova una massa di roccia rotta, probabilmente le più grandi particelle di detriti sopravvissute che sono ricadute sul cratere senza fondersi, e sopra ci sono sedimenti normali che si sono formati lentamente per riempire il cratere nei mari tropicali poco profondi che coprivano l’area dell’impatto.
I crateri da impatto ben noti hanno spesso tektiti associate ad essi così come quarzo scosso e piccole sferule di vetro. Le tektiti sono perle di vetro più grandi con forme e texture di superficie insolite. Si formano quando le rocce sono istantaneamente fuse e schizzate fuori dai siti di impatto sotto forma di grandi gocce di vetro fuso, poi raffreddate mentre girano nell’aria.
Haiti era a circa 800 km da Chicxulub alla fine del Cretaceo (Figura 18.3). A Beloc e in altre località di Haiti, il confine K-T è segnato da uno strato di argilla normale ma spesso (30 cm) che consiste principalmente di sferule di vetro (Figura 18.2). L’argilla è sovrapposta ad uno strato di turbidite, materiale di frana sottomarina che contiene grandi frammenti di roccia. Alcuni dei frammenti sembrano croste oceaniche frantumate, ma ci sono anche pezzi sferici di vetro giallo e nero fino a 8 mm di diametro che sono inequivocabilmente tektiti. Le tektiti di Beloc si sono apparentemente formate a circa 1300°C da due diversi tipi di roccia; e sono datate precisamente a 65 Ma. Le tektiti nere si sono formate da rocce vulcaniche continentali e quelle gialle da sedimenti di evaporite con un alto contenuto di solfato e carbonato. Le rocce dello Yucatán intorno a Chicxulub sono formate prevalentemente da questa miscela di rocce, e le rocce ignee sotto Chicxulub hanno una chimica di una miscela fusa una volta. Sopra la torbidite c’è un sottile strato di argilla rossa di soli 5-10 mm di spessore che contiene iridio e quarzo sconvolto.
Si può spiegare gran parte di queste prove come segue: un asteroide ha colpito Chicxulub, colpendo un mucchio di sedimenti spessi in un mare poco profondo. L’impatto ha fuso gran parte della crosta locale e ha sparato materiale fuso verso l’esterno da una profondità di 14 km sotto la superficie. Piccole sferule di vetro fuso furono lanciate in aria con un angolo poco profondo, e caddero su un’area gigantesca che si estendeva a nord-est fino ad Haiti, a diverse centinaia di chilometri di distanza, e a nord-ovest fino al Colorado. Poi seguì il materiale più fine che era stato fatto esplodere più in alto nell’atmosfera o nello spazio e cadde più lentamente sopra i frammenti più grossi.

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La forma a uovo del cratere di Chicxulub mostra che l’asteroide colpì con un angolo poco profondo, circa 20°-30°, spargendo più detriti a nord-ovest che in altre direzioni. Questo spiega in particolare l’enorme danno al continente nordamericano e la distribuzione asimmetrica del quarzo sconvolto nel Pacifico.
Altri siti nei Caraibi occidentali suggeriscono che i sedimenti normalmente tranquilli e profondi sono stati drasticamente disturbati proprio alla fine del Cretaceo, e i sedimenti disturbati hanno lo strato contenente iridio proprio sopra di essi. In molti siti del Messico settentrionale e del Texas, e in due siti trivellati sul fondo del Golfo del Messico, ci sono segni di una grande perturbazione nell’oceano al confine K-T. In alcuni luoghi, i sedimenti disturbati del fondo marino contengono fossili di foglie fresche e legno di piante terrestri, insieme a tektiti datate a 65 Ma (Figura 18.4). Intorno ai Caraibi e nei siti della costa atlantica orientale degli Stati Uniti, i sedimenti cretacei esistenti sono stati strappati e risistemati in un mucchio disordinato che contiene anche sferule di vetro di diversa composizione chimica, frammenti di quarzo sconvolto e un picco di iridio. Tutto ciò implica che un grande tsunami o maremoto ha colpito il margine dell’oceano di allora, lavando le piante terrestri fresche ben al largo e strappando i sedimenti del fondo del mare che erano rimasti indisturbati per milioni di anni. La risultante bizzarra miscela di rocce è stata chiamata “il cocktail Cretaceo-Terziario”.”
Una volta identificato Chicxulub, fu possibile calcolare che il quarzo scosso era stato lanciato in un getto ad alta angolazione dall’impatto. Questa prima palla di fuoco calda ha soffiato detriti vaporizzati e fusi (tra cui sferule di vetro e iridio) in alto sopra l’atmosfera per essere depositata per ultima e globalmente mentre andava lentamente alla deriva verso il basso. I frammenti più grandi, solidi e fusi, sono stati fatti esplodere verso l’esterno ad angoli inferiori, ma non molto lontano, e sono stati depositati per primi e localmente (circa 15 minuti di viaggio verso il Colorado!). Allo stesso tempo, frammenti più piccoli, compreso il quarzo sconvolto, sono stati spinti verso l’alto tra la palla di fuoco calda e i frammenti più grandi, e si sono depositati per secondi e a livello regionale (circa 30 minuti per raggiungere il Colorado). L’energia dell’impatto, per un confronto con le esplosioni delle bombe all’idrogeno, era di circa 100 milioni di megatoni.

Una gigantesca eruzione vulcanica?

Esattamente al confine K-T, un nuovo pennacchio (Capitolo 6) stava bruciando la sua strada attraverso la crosta vicino al confine di placca tra India e Africa. Enormi quantità di basalto si riversarono su quello che ora è l’altopiano del Deccan nell’India occidentale, formando enormi letti di lava chiamati Deccan Traps. Un’enorme estensione di quel flusso di lava sull’altro lato del confine di placca si trova ora sott’acqua nell’Oceano Indiano (Figure 18.3 e 18.5). Le Trappole del Deccan coprono 500.000 km2 ora (circa 200.000 miglia quadrate), ma potrebbero aver coperto quattro volte tanto prima che l’erosione le rimuovesse da alcune aree. Hanno un volume sopravvissuto di 1 milione di km3 (240.000 miglia cubiche) e sono più di 2 km di spessore in alcuni punti. L’intero volume vulcanico che eruttò, comprese le lave sottomarine, era molto più grande di questo (Figura 18.5).
Inoltre, le eruzioni del Deccan iniziarono improvvisamente appena prima del confine K-T. Il picco delle eruzioni potrebbe essere durato solo circa un milione di anni (± 50%), ma quel breve periodo è stato a cavallo del confine K-T. Il tasso di eruzione era almeno 30 volte quello delle eruzioni hawaiane di oggi, anche supponendo che fosse continuo per un milione di anni; se l’eruzione fosse stata più breve o spasmodica, i tassi di eruzione sarebbero stati molto più alti. Le trappole del Deccan probabilmente eruttarono come flussi di lava e fontane come quelle del Kilauea, piuttosto che in gigantesche eruzioni esplosive come quella del Krakatau. Ma le stime delle fontane di fuoco generate da eruzioni sulla scala del Deccan Traps suggeriscono che aerosol e cenere sarebbero stati facilmente trasportati nella stratosfera. Il pennacchio del Deccan è ancora attivo; il suo punto caldo si trova ora sotto l’isola vulcanica di Réunion nell’Oceano Indiano.
Quindi ci sono forti prove di eruzioni vulcaniche di breve durata ma gigantesche al confine K-T. Alcune persone hanno cercato di spiegare tutte le caratteristiche delle rocce del confine K-T come il risultato di queste eruzioni. Ma le prove di un impatto extraterrestre sono così forti che è una perdita di tempo cercare di spiegare queste prove come effetti vulcanici. Dovremmo invece concentrarci sul fatto che il confine K-T ha coinciso con due eventi molto drammatici. Le trappole di Deccan si trovano al di là del confine K-T e si sono formate in quello che è stato ovviamente un grande evento nella storia della Terra. L’impatto dell’asteroide è avvenuto esattamente al confine K-T. Certamente qualcosa di drammatico è successo alla vita sulla Terra, perché i geologi hanno definito il confine K-T e la fine dell’Era Mesozoica sulla base di una grande estinzione di creature sulla terra e nel mare. L’impatto di un asteroide, o una serie di eruzioni gigantesche, o entrambi, avrebbero avuto grandi effetti globali sull’atmosfera e sul clima.
C’è la sensazione, soprattutto tra gli scienziati fisici, che se possiamo dimostrare che una catastrofe fisica è avvenuta al confine K-T, abbiamo una spiegazione automatica per le estinzioni K-T. Ma questa connessione deve essere dimostrata, non solo assunta. Dobbiamo ancora chiederci quale catastrofe, se c’è stata, ha causato le estinzioni K-T, e se sì, come?

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