La matematica predice la sesta estinzione di massa. Il Mit: inizierà nel 2100

Gli oceani potrebbero contenere abbastanza CO2 da innescare l’estinzione di massa delle specie nei prossimi millenni

[22 settembre 2017]

Negli ultimi 540 milioni di anni, la Terra ha subito 5 estinzioni di massa, ognuna delle quali con l’evidenza di processi che hanno sconvolto il normale ciclo del carbonio sia nell’atmosfera che negli oceani. Al Massachusetts Institute of Technology (Mit) spiegano che «Queste fatali perturbazioni globali nel carbonio si sono svolte da migliaia a milioni di anni e hanno coinciso con il diffuso sterminio delle specie marine in tutto il mondo».

La domanda che si pongono molti scienziati è se il ciclo del carbonio stia attualmente subendo una rapida e significativa variazione che potrebbe puntare il nostro pianeta verso una sesta estinzione di massa. Al Mit ricordano che «Nell’era moderna, le emissioni di anidride carbonica sono aumentate costantemente dal XIX secolo, ma decifrare se questo recente picco di carbonio potrebbe portare ad estinzione di massa è stato impegnativo, soprattutto perché è difficile mettere in relazione le antiche anomalie del carbonio, che si sono verificate lungo migliaia di milioni di anni, con quelle sconvolgimenti di oggi, che hanno avuto luogo in poco più di un secolo».

Ci ha provato Daniel Rothman, che insegna geofisica al Department of Earth, atmospheric, and planetary sciences del Mit ed è co-direttore del Centro Lorenz, con lo studio “Thresholds of catastrophe in the Earth system” pubblicato su Science Advances che ha analizzato importanti cambiamenti nel ciclo del carbonio negli ultimi 540 milioni di anni, inclusi i cinque eventi di estinzione di massa.

Rothman ha individuato “soglie della catastrofe” nel ciclo del carbonio che, se superato, porterebbero  ad un ambiente instabile e, in ultima analisi, all’estinzione di massa.

Lo studio, in parte finanziato dalla Nasa e dalla National science foundation Usa, dice che la sesta estinzione di massa – che in molti dicono sia già cominciata – si verificherà se si oltrepasserà un delle due soglie: per quanto riguarda le modifiche nel ciclo del carbonio che si verificano in tempi lunghi, le estinzioni avverranno se questi cambiamenti negli ecosistemi globali saranno più rapidi. Per quanto riguarda le perturbazioni del  carbonio che si verificano in tempi più brevi, non importa il ritmo dei cambiamenti del ciclo del carbonio ma è la dimensione o la grandezza della modifica che determinerà la probabilità di un evento di estinzione di massa.

Guardando vanti nel tempo, Rothman prevede che a causa del recente rapido aumento delle emissioni di anidride carbonica, una sesta estinzione di massa dipenderà dal fatto se gli oceani saranno costretti ad assorbire troppo carbonio. La soglia massima non superabile è di circa 310 gigatonnellate, che  stima sia approssimativamente equivalente alla quantità di carbonio che le attività umane avranno aggiunto agli oceani del mondo entro il 2100.

Significa che con la fine del secolo l’umanità ssisterà alla sesta estinzione di massa? Rothman dice che «Ci vorrà un po’ di tempo – circa 10.000 anni – per disastri ecologici».  Ma aggiunge che entro il 2100 il mondo potrebbe essersi incamminato  verso un «territorio sconosciuto. Non sta dicendo che il disastro si verificherò il giorno dopo, sto dicendo che, senza interventi, il ciclo del carbonio diventerebbe realmente qualcosa che non sarebbe più stabile e si comporterebbe in un modo che sarebbe difficile prevedere. Nel passato geologico questo tipo di comportamento è associato alle estinzioni di massa».

In precedente Rothman aveva studiato l’estinzione del Permiano, l’estinzione di massa più grave mai avvenuta sulla Terra, innescata da un massiccio aumento del livello del carbonio nel sistema terrestre e che portò alla scomparsa di oltre il 95% delle specie marine. Da allora ha cominciato a occuparsi della probabilità che ci possa essere una sesta estinzione di massa partendo da una domanda essenziale: «Come si può veramente confrontare questi grandi eventi del passato geologico, che si sono verificati in tempi così lunghi, con quello che sta succedendo oggi, che dura da secoli? Quindi mi sono seduto un giorno d’estate e ho cercato di pensare a come si potrebbe procedere in modo sistematico». Ne è scaturita una formula matematica basata su principi fisici fondamentali che mette in relazione la velocità e la grandezza del cambiamento nel ciclo del carbonio con la scadenza temporale che si separa rapidamente dal lento cambiamento. Rothman ha ipotizzato che questa formula sarebbe in grado prevedere se possa avvenire  un’estinzione di massa o qualche altro tipo di catastrofe globale. Poi ha cercto di capire se la storia della Terra coincideva con la sua ipotesi e, studiando centinaia di stdi geochimici pubblicati, ha individuato negli ultimi 542 milioni di anni 31 eventi in cui si è verificata una significativa variazione nel ciclo del carbonio della Terra. Per ogni evento, comprese le cinque estinzioni di massa, Rothman ha notato che la variazione del carbonio era espressa nel dato geochimico come una variazione della relativa abbondanza di due isotopi, carbon-12 e carbon-13 e ha studiato anche la durata del tempo in cui si sono verificati i cambiamenti.

Poi ha convertito matematicamente il tutto nella massa totale di carbonio che è stata assorbita dagli oceani durante ogni evento. Infine, ha individuato sia la massa che la scala temporale di ogni evento.

La conclusione a cui è arrivato Rothman è che il sistem Terra non può oltrepassare una certa soglia di cambiamento che è risultata comune nella maggior parte dei 31 eventi che sembravano rimanere al di sotto. Infatti, questi eventi hanno comportato cambiamenti significativi nel carbonio, ma sono stati relativamente benigni, non sufficienti a destabilizzare il sistema portandolo alla catastrofe. Al contrario, in quattro dei cinque eventi di estinzione di massa  era stata superata la soglia, con l’estinzione più grave, quella del Permiano che era andata molto oltre la soglia.

«Allora il problema è diventato capire cosa significasse», dice Rothman che, dopo ulteriori analisi, n ha scoperto che il livello critico per la catastrofe è correlato a un processo nascosto all’interno del ciclo naturale del carbonio della Terra: «Il ciclo è essenzialmente un loop tra la fotosintesi e la respirazione – spiegano ancora al Mit – Normalmente c’è una “perdita” nel ciclo, in cui una piccola quantità di carbonio organico sprofonda sul fondo dell’oceano e, nel tempo, viene seppellito come sedimento e sequestrato dal resto del ciclo del carbonio». Rothman ha scoperto che il livello critico era equivalente al livello di eccesso di produzione di anidride carbonica che sarebbe dovuto risultare dalla perdita: «Qualsiasi altra quantità di anidride carbonica iniettata nel ciclo non poteva essere descritta dal loop stesso. Uno o più altri processi avrebbero invece portato il ciclo del carbonio in un territorio instabile».

Rothman ha poi determinato che «Il livello critico si applica solo oltre la timescale in cui il ciclo del carbonio marino può ristabilire il suo equilibrio dopo essere stato alterato. Oggi, questa timescale è di circa 10.000 anni. Per eventi molto più brevi, la soglia critica non è più legata alla velocità dell’aggiunta di carbonio agli oceani, ma alla massa totale del carbonio». Entrambi gli scenari indicano un eccesso di carbonio in circolo tra oceani e atmosfera che potrebbe causare il riscaldamento globale e l’acidificazione dell’oceano.

Pertendo dalla soglia critica e dall’equilibrio della timescale, Rothman ha calcolato la massa critica del  carbonio per la m nostra epoca in circa 310 gigatonnellate, poi confrontato la sua previsione con la quantità totale di carbonio che sarà assorbita dagli oceani entro il 2100, come previsto nel più recente rapporto dell’Intergovernmental panel on climate change (Ipcc)  che considera 4 possibili scenari  per le emissioni di CO2 che vanno dall’attuazione di politiche rigorose per limitare le emissioni di anidride carbonica a uno scenario senza limitazioni. Lo scenario migliore prevede che gli esseri umani aggiungeranno altre 300 gigatonnellate di emissioni CO2 entro il 2100, mentre nel peggior scenario saranno più di 500 gigatonnellate, superando di gran lunga la soglia critica.  Ma il problema è che  Rothman dimostra che, secondo tutti gli scenari Ipcc,  «Entro il 2100 il ciclo del carbonio sarà vicino o ben al di là della soglia della catastrofe. Ci dovrebbero essere modi per ritirale indietro [le emissioni di anidride carbonica]. Ma questo lavoro mette in evidenza i motivi per cui dobbiamo stare attenti e fornisce più motivi per studiare il passato e per informare il presente».