Circa un miliardo di anni fa, la Terra iniziò a raggiungere la sua piena maturità. Aveva superato la fase goffa dei suoi primi anni, pieni di difficoltà e turbolenze: impatti di comete e acque torbide, incluso il Grande Evento di Ossidazione che capovolse il mondo. Circa un miliardo di anni fa, il pianeta iniziò a evolversi e a maturare, con lo sviluppo della vita vegetale circa 700 milioni di anni fa, ma ancora con occasionali e improvvise oscillazioni climatiche a rendere il tutto più interessante.
Le forti oscillazioni del Neoproterozoico
L’era Neoproterozoica, chiamata anche Tardo Proterozoico, durò da un miliardo di anni fa a 541 milioni di anni fa e vide estremi cambiamenti climatici, la frammentazione del supercontinente Rodinia e l’ascesa di forme di vita complesse e multicellulari, che portarono allo sviluppo della vita oceanica e dei mammiferi terrestri. Nel tardo Proterozoico si verificarono anche diverse glaciazioni globali di varia entità, le cosiddette “Terre a Palla di Neve” (“Snowball Earths”), l’ultima, la più grande e la più conosciuta delle quali durò da circa 650 a 635 milioni di anni fa, terminando poco prima del periodo Cambriano, caratterizzato da un’ampia diversificazione della vita e dallo sviluppo dei primi animali. Si ipotizza che questo evento glaciale abbia ricoperto quasi l’intera superficie planetaria, con pochissima o nessuna acqua liquida.
Una nuova prospettiva sulla Terra a Palla di Neve
Tuttavia, i dettagli della sua genesi sono ancora oggetto di studio. Ora, un nuovo studio di scienziati italiani pubblicato sull’International Journal of Astrobiology fornisce maggiore chiarezza sulle specifiche condizioni planetarie e solari necessarie per la creazione di questa fase della Terra a Palla di Neve. Il loro lavoro chiarisce il ruolo della vegetazione primordiale e perché un altro episodio simile non potrebbe verificarsi oggi. L’ipotesi della Terra a Palla di Neve fu originariamente formulata per spiegare le prove geologiche dell’apparente presenza di ghiacciai in passato alle latitudini tropicali. L’autrice principale, Erica Bisesi dell’Osservatorio Astronomico di Trieste, e i suoi colleghi si sono proposti di studiare numericamente quale insieme di fattori climatici potrebbe portare a una Terra a Palla di Neve.
Le leve fondamentali del clima
Nel quadro generale, il clima terrestre è controllato da un insieme sorprendentemente ristretto di parametri: la luminosità solare, le concentrazioni di gas serra nell’atmosfera, la configurazione dei continenti e la riflettanza della terraferma (chiamata albedo).
Alla fine del Proterozoico, le terre emerse erano dominate dal supercontinente Rodinia; Laurentia era il suo continente centrale, con continenti più piccoli raggruppati attorno ad esso, che si estendevano dall’equatore fino ai tropici. Lì, la luce solare era più intensa, sebbene la luminosità del Sole 600-700 milioni di anni fa fosse solo il 95% del suo valore attuale (il Sole sta diventando in media più luminoso nel tempo, circa il 10% in più ogni miliardo di anni). Non c’era vegetazione né alberi alla fine del Proterozoico; il terreno era costituito da granito nudo, con una riflettanza del 35%.
Il cambiamento climatico è regolato anche da meccanismi di feedback climatico. Nel caso di una Terra a Palla di Neve, un feedback particolarmente forte è quello tra ghiaccio e albedo. Il ghiaccio, essendo bianco, riflette fino al 90% della luce solare in arrivo, quindi un raffreddamento planetario iniziale che crea ghiaccio in superficie, il quale riflette ancora più luce solare, si traduce in temperature ancora più basse, e così via.
Un importante feedback negativo è l’erosione delle rocce silicatiche. Una reazione chimica tra roccia silicatica, acqua e anidride carbonica rimuove l’anidride carbonica dall’atmosfera, riducendone l’effetto serra e trasportandola verso fiumi e, in definitiva, oceani, portando a una maggiore acidificazione degli oceani.
Modellizzazione del potenziale ghiacciato di Rodinia
Bisesi e colleghi si sono concentrati sul ruolo svolto dalle masse continentali densamente impacchettate, che influenzavano l’albedo e, attraverso l’erosione dei silicati, le concentrazioni di gas serra. Hanno esaminato attentamente la seconda e più importante delle due Terre a Palla di Neve dell’epoca. Utilizzando un modello climatico semplificato, i ricercatori hanno scoperto che, per un’irradiazione solare tipica di 700-600 milioni di anni fa, pari al 95% del valore odierno, una quantità sufficiente di luce solare sarebbe stata riflessa dai continenti brulli di Rodinia da innescare una Terra a Palla di Neve globale con concentrazioni di anidride carbonica fino a 1.000 parti per milione (ppm). Per confronto, la concentrazione media di CO2 nell’atmosfera negli ultimi 12 mesi è di quasi 428 ppm.
Se la Terra di quel passato avesse avuto i continenti nella posizione attuale, il gruppo ha scoperto che una Terra a Palla di Neve si sarebbe potuta innescare con concentrazioni di CO2 fino a sole 400 ppm. Qualsiasi livello di CO2 superiore a tale soglia aumenterebbe l’effetto serra a tal punto da impedire una completa glaciazione.
Perché una nuova Terra a Palla di Neve è improbabile
Sebbene apparentemente irrilevante, la differenza di appena il 5% in meno di luminosità solare e circa il 20% in più di riflettanza sulla Terra sarebbero sufficienti a indurre un intero nuovo stato di glaciazione sul pianeta appena un decennio fa.
Con l’attuale irraggiamento solare e una distribuzione equatoriale di continenti nudi simile a quella di Rodinia, il gruppo di ricerca ha scoperto che una Terra a Palla di Neve potrebbe verificarsi solo con concentrazioni di CO2 inferiori a 100 ppm. Al di sopra di 200 ppm non sono possibili vaste regioni ghiacciate. Tuttavia, con concentrazioni prossime a 200 ppm e continenti nudi, circa il 70% del pianeta potrebbe essere coperto di ghiaccio con una distribuzione delle terre emerse simile a quella di Rodinia e il 30% con la distribuzione attuale.
Tuttavia, la presenza di vegetazione cambia tutto questo. Essendo verde, la vegetazione riflette meno luce solare rispetto alla terra nuda e alle rocce, che sono generalmente di colore più chiaro. All’epoca, un’albedo pari o inferiore al 15% impediva una Terra a Palla di Neve con una concentrazione di CO2 di 400 ppm.
Con lo sviluppo della vita sulla Terra e la conseguente riduzione della luce solare riflessa dal pianeta, sarebbero necessari livelli di CO2 molto più bassi rispetto a quelli di allora per innescare un’altra Terra a Palla di Neve. Un fattore ancora da considerare è che le piante influenzano il ciclo dell’acqua attraverso l’evapotraspirazione, che aumenta il vapore acqueo atmosferico, un potente gas serra.
“I risultati della nostra analisi“, ha concluso il gruppo, “indicano che il valore dell’albedo terrestre, associato alla presenza di vegetazione, ha giocato un ruolo fondamentale nell’evitare l’innesco di una Palla di Neve, che avrebbe richiesto valori di concentrazione di CO2 molto inferiori a quelli presumibilmente presenti all’epoca. L’aumento della luminosità solare ha amplificato questo effetto, rendendo una Palla di Neve ancora meno probabile”.
Con l’attuale crescente effetto serra dovuto alla combustione di combustibili fossili, le diverse posizioni continentali e la presenza di un’abbondante vegetazione, una Terra a Palla di Neve non potrebbe verificarsi oggi.
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