Molto prima che gli esseri umani camminassero sul pianeta, le piante svolgevano silenziosamente il lavoro pesante per il ciclo del carbonio terrestre. Hanno assorbito anidride carbonica. L’hanno rinchiuso nei loro tessuti. E quando morirono, il carbonio rimase lì, conservato nella roccia.
Per anni, gli scienziati hanno fatto affidamento sugli oceani per dirci come appariva l’atmosfera milioni di anni fa. Fossili marini. Frammenti di conchiglia. Strati di sedimenti. Affidabile, certo. Ma hanno dei limiti. La loro risoluzione diventa confusa dopo l’Eocene medio, circa 45 milioni di anni fa. E prima? Il record in gran parte svanisce.
È qui che un nuovo approccio dei ricercatori dell’Università del Michigan cambia le regole del gioco. Analizzando la materia vegetale fossilizzata del Wyoming, Nathan Sheldon e Katarina Keating hanno aperto una porta sul profondo passato. Nello specifico, hanno dimostrato che il modo in cui le piante fossilizzate possono rivelare l’atmosfera passata della Terra non è solo teorico: è misurabile ed accurato.
L’indizio del carbonio-13
La chiave qui non sono le piante stesse. Sono gli isotopi. Nello specifico, Delta Carbonio-13 (δ¹³C).
Il carbonio-12 è più leggero. Il carbonio-13 è più pesante. Le piante preferiscono l’isotopo più leggero quando effettuano la fotosintesi. Quindi, il rapporto tra questi due carboni in una foglia fossile racconta una storia. Uno spostamento in tale rapporto riflette il modo in cui il carbonio si è spostato attraverso il ciclo globale del carbonio. È un misuratore di flusso.
Tradizionalmente, i ricercatori utilizzavano proxy marini a questo scopo. Sedimenti oceanici. Conchiglie dei foraminiferi. Questi documenti risalgono al periodo Cretaceo, circa 145 milioni di anni fa. Ma il segnale diventa rumoroso. Una risoluzione non ottimale affligge i dati. Non possiamo vedere chiaramente. E certamente non possiamo vedere i documenti più vecchi con alcuna sicurezza.
Il divario è problematico. Il tempo che intercorre tra l’estinzione del K-Pg (l’uccisione dei dinosauri) e i giorni nostri offre lezioni per la nostra attuale crisi climatica. Le epoche del Paleocene e dell’Eocene videro picchi di riscaldamento globale che sembrano stranamente familiari. Se vogliamo prevedere dove stiamo andando, dobbiamo capire come si è comportato il ciclo del carbonio quando il pianeta era caldo.
Ma senza dati validi, stiamo volando alla cieca.
La capsula del tempo del Wyoming
Sheldon, Keating e la loro squadra andarono a scavare nel bacino di Hoback nel Wyoming. Non hanno solo scalfito la superficie. Sono andati diversi metri sottoterra, estraendo campioni da formazioni rocciose datate tra 50 e 60 milioni di anni fa. Ciò li colloca esattamente nel tardo Paleocene e nel primo Eocene.
Hanno estratto la materia organica terrestre. L’hanno analizzato per δ¹³C.
La logica è semplice ma potente. Le piante intrappolano la CO₂ presente nell’aria. Se l’aria avesse una certa firma isotopica, le piante la riflettono. Quando quelle piante si fossilizzano, quella firma rimane. È un collegamento diretto al flusso di carbonio atmosferico in quel preciso momento del tempo geologico.
Ma corrispondeva ai dati marini? O era solo rumore locale?
I ricercatori hanno confrontato le loro letture terrestri con i dati terrestri globali presenti in letteratura. Quindi, hanno incrociato il tutto con fossili di organismi marini del periodo Cenozoico, risalenti a 66 milioni di anni fa. Avevano bisogno di sapere se le piante terrestri fossero un valido indicatore del δ¹³C atmosferico su scala globale.
Il risultato è stato sorprendente.
Un incontro realizzato nel tempo geologico
I valori atmosferici δ¹³C ricostruiti dalle piante del Wyoming erano strettamente allineati con quelli derivati da antichi organismi marini.
Questa non è una correlazione marginale. È una conferma. Dimostra che le piante fossilizzate possono ricostruire in modo affidabile le antiche condizioni atmosferiche con una fedeltà che rivaleggia con i dati oceanici. E poiché le piante esistevano molto prima che i moderni proxy marini offrissero dati chiari, ciò estende significativamente la nostra cronologia.
Il team ha approfondito i dettagli per vedere cosa stava succedendo al clima durante questi cambiamenti. Hanno confrontato i valori ricostruiti con una linea di base.
I vulcani sono una delle principali fonti di carbonio, rilasciandolo a un valore costante di δ¹³C di circa -5,4‰.
Intorno a 53 milioni di anni fa (Eocene), l’atmosfera presentava un valore pari a -6,30‰. È più basso. Significa che c’era abbondanza di carbonio-12 più leggero nell’aria. Una maggiore quantità di carbonio leggero è solitamente correlata a temperature più calde. Il pianeta era caldo.
Quindi, guarda il tardo Paleocene, circa 57 milioni di anni fa. Il valore è passato a -4,37‰. Più alto. Più pesante. Ciò suggerisce che il carbonio leggero veniva sequestrato altrove, probabilmente rinchiuso negli oceani o sepolto nei sedimenti. Questa rimozione del carbonio leggero ha lasciato indietro gli isotopi più pesanti nell’atmosfera. L’effetto netto? Un clima rinfrescante.
Sia i registri terrestri che quelli marittimi hanno mostrato lo stesso cambiamento. Era in atto un processo comune. I flussi globali di carbonio stavano determinando i cambiamenti di temperatura. Le piante e il plancton raccontavano la stessa storia.
Complicazioni dovute alle piogge
Non è andato tutto liscio. Il team ha notato qualcosa di strano confrontando i dati del Wyoming con altri siti a livello globale.
I risultati variavano in base alle precipitazioni.
I siti storicamente più umidi hanno mostrato letture con meno carbonio pesante. I siti più asciutti, compreso il bacino di Hoback, corrispondevano ai valori di derivazione marina attesi.
Perché le precipitazioni sono importanti? Probabilmente perché la disponibilità di acqua influenza il modo in cui le piante assorbono il carbonio e il modo in cui la materia organica si decompone prima di essere sepolta. Se ti trovi in una zona umida, il segnale viene diluito o alterato.
I ricercatori sono chiari su questa limitazione. Per ottenere letture accurate di come le piante fossilizzate riflettono i flussi di carbonio, gli scienziati devono tenere conto delle precipitazioni. I siti umidi potrebbero richiedere modifiche o esclusioni da alcuni modelli.
Ma questo non interrompe il metodo. Lo affina.
Perché questo è importante adesso
“Forniamo un metodo per comprendere le fonti e i pozzi di CO2 da quando esistono le piante”, hanno scritto Sheldon e Keating.
Questa è una grande affermazione.
Attualmente ci affidiamo ai dati marini per tracciare il ciclo del carbonio attraverso il Cenozoico e il Mesozoico. Ma questi record sono scarsi in determinate finestre temporali. Hanno dei vincoli. Hanno delle lacune.
Questo nuovo approccio che utilizza materia vegetale fossilizzata può colmare queste lacune. Integra i dati marini. Funziona nelle regioni povere di dati. E, cosa fondamentale, consente la ricostruzione di periodi in cui semplicemente non esistono vincoli marini.
Siamo di fronte a cambiamenti senza precedenti nella CO2 atmosferica. Comprendere i meccanismi del passato non è più solo accademico. È un’abilità di sopravvivenza. Dobbiamo sapere come ha reagito il pianeta all’impennata dei livelli di carbonio. Dobbiamo sapere dov’è andato il caldo. E ora, grazie alle foglie fossilizzate del Wyoming, abbiamo una mappa più chiara del profondo passato.
Le piante ricordano. Dobbiamo solo leggerli bene.
