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Ere glaciali Parte I: Snowball Earth, quando la Terra era una palla di neve

Periodi glaciali ed inter-glaciali si sono alternati negli ultimi 2.5 milioni di anni interessando grandi parti de nostro Pianeta. Tuttavia, nel lontano passato, la terra è stata teatro di ere glaciali molto più lunghe ed intense che hanno interessato l’intera superficie terrestre con ghiacci che sono arrivati fino all’Equatore

Durante la sua storia, il nostro Pianeta è stato più “freddo”, a volte molto di più rispetto a quanto non sia oggi. Durante tutto il pleistocene (ultimi 2.2 milioni di anni) si sono alternati periodi glaciali a periodi interglaciali. Tuttavia difficilmente i ghiacci si sono spinti dai poli fin oltre i 45° Nord e Sud. Al contrario, le glaciazioni più estese ed intense hanno caratterizzato lunghi periodi dell’antico passato del nostro pianeta.  Forse gli scienziati non scopriranno mai quale è stato il periodo della storia terrestre più freddo in assoluto, ma le ricerche hanno permesso di individuare imponenti glaciazioni molto antiche, se confrontate con quelle più recenti pleistoceniche.

Vere e proprie ere glaciali, le più intense e durature in termini di estensione dei ghiacci e temperature si sono verificate in due momenti della storia della nostra terra ben distinti. Le prime avvenute durante il periodo uroniano che va dai 2.4 ai 2.1 miliardi di anni fa, mentre le più intense si sono avute durante il periodo Cryogeniano tra i 750 e i 600 milioni di anni fa. Sebbene l’estensione del ghiaccio a livello globale sia ancora oggetto di studio e dibattito tra esperti, le prove indicano con estrema certezza che durante questi eventi i ghiacci si sono spinti fino alla fascia equatoriale.

Ma cos’è un’era glaciale e attraverso quali strumenti è possibile risalire alla sua intensità, durata e periodo in cui è avvenuta?

Un’era glaciale è un periodo di temperature globali più “fredde” di quelle registrate oggi che provocano l’avanzamento dei ghiacciai alpini e la creazione ed espansione verso sud di calotte polari come quella Groenlandese. Tuttavia, durante un’era glaciale le temperature subiscono importanti oscillazioni che rendono le ere glaciali un mix di periodi di ghiacciai in avanzamento (glaciali) e ghiacciai in ritirata (interglaciali). In questo contesto è utile sottolineare come i periodi interglaciali facciano ancora parte di un’epoca glaciale, in quanto molto più freddi delle temperature terrestri attuali.

Detto questo, come hanno fatto e come fanno gli scienziati a sapere che sono avvenute glaciazioni così antiche? Chiaramente, i termometri non erano presenti all’epoca. Le prove delle ere glaciali passate provengono dalla geologia. Subito dopo l’emergere della disciplina scientifica all’inizio del XIX secolo, i geologi hanno cominciato a trovare indizi lasciati da antiche calotte glaciali. I geologi si resero conto che i ghiacciai potevano lasciare “graffi” sul substrato roccioso attraverso l’abrasione di altre piccole rocce trasportate dal loro flusso e compresse dal loro peso. Inoltre si scoprì che essi erano e sono tutt’oggi in grado di trasportare massi e materiale detritico dalla granulometria incoerente, in posti molto lontani dal luogo di origine. Il risultato, è la formazione di colline frontali o laterali al ghiacciaio di questo materiale, chiamate morene, o la presenza di grossi massi solitari trasportai e depositati in pianura o addirittura in alto mare, chiamati “massi erratici”. Grazie alle preziose informazioni derivanti delle rocce abrase, massi erratici (terrestri e marini) e materiale morenico, associate allo studio passato della deriva dei continenti, i geologi sono riusciti ad identificare queste antiche ere glaciali e l’attività glaciale in quei periodi, identificandone anche l’intensità, attraverso il calcolo dell’estensione delle calotte glaciali verso l’Equatore.

Glaciazioni Uroniane (2.4-2.1 miliardi di anni): l’aumento dell’ossigeno e l’abbassamento delle temperature.

Tra le prime ere glaciali finora trovate nella documentazione geologica ci sono le ere glaciali Uroniane. Almeno uno di esse ha costituito quello che i geologi chiamano un evento “Terra palla di neve”, quando cioè la superficie del pianeta era interamente, o quasi, ricoperta da ghiacci. Queste prime ere glaciali, secondo gli esperti sono probabilmente il risultato di cambiamenti nella vita microscopica sulla Terra. I paleontologi ipotizzano che quando la vita microbica è sorta sulla Terra oltre 3,5 miliardi di anni fa, i microbi non producevano né avevano bisogno di ossigeno e l’atmosfera terrestre era molto diversa da quella che conosciamo oggi. Sebbene i livelli di azoto potevano essere simili a quelli attuali, i valori di altri gas erano meno molto differenti. L’anidride carbonica era ovunque da 10 a 2.500 volte i livelli attuali e il metano potrebbe essere stato fino a 10.000 volte superiore ai livelli di oggi, mentre l’ossigeno atmosferico era praticamente inesistente.

Gli scienziati discutono tutt’oggi riguardo il periodo in qui l’evoluzione ha portato i microbi ad essere in grado di eseguire la fotosintesi e produrre ossigeno come sottoprodotto. Le stime vanno da circa 3,5 a 2,5 miliardi di anni fa e si crede che i primi produttori di ossigeno siano stati probabilmente gli antenati dei moderni cianobatteri chiamati alghe blu-verdi. All’inizio, l’ossigeno prodotto da questi primi fotosintetizzatori, probabilmente ha reagito con il ferro nell’oceano, depositandosi in strati di sedimenti rossi “arrugginiti” sul fondo del mare per poi iniziare ad accumularsi nell’atmosfera. Una parte dell’ossigeno ha reagito con il metano, convertendolo in anidride carbonica e acqua. Nel frattempo, le popolazioni di microbi fotosintetizzanti hanno continuato a crescere, consumando sempre più anidride carbonica e metano.

L’anidride carbonica è un gas serra cosi come lo è il metano. Quando le concentrazioni atmosferiche di questi gas serra sono diminuite, le temperature globali sono precipitate, conducendo il pianeta in una serie di ere glaciali che durarono un totale di circa 300 milioni di anni e dove i risultati suggeriscono che le calotte glaciali hanno raggiunto le regioni equatoriali al livello del mare. Le prove geologiche di queste ere glaciali furono scoperte per la prima volta nel 1907, in depositi glaciali vicino al Lago Huron. Da allora, i geologi hanno scoperto ulteriori prove altrove nel Nord America, così come in Sud Africa, Australia occidentale e Europa nord-orientale. La fotosintesi e la produzione di ossigeno sono state quindi la causa principale delle più antiche ere glaciali sebbene le conseguenze più rilevanti siano state quelle di aver permesso l’evoluzione della vita aerobica complessa, e la creazione dello strato di ozono stratosferico, che ha protetto e protegge gli esseri che vivono sulle terre emerse dai raggi ultravioletti.

Per approfondire:

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Luca Maffezzoni

Nato a Brescia nel 1989, fin dalla giovane età mostra una passione innata verso le tematiche climatiche e ambientali. Dopo aver ottenuto il diploma di Liceo Scientifico consegue prima la laurea triennale in scienze ambientali attraverso la discussione di una tesi riguardante le ondate di calore estive sulla penisola italiana nell’ultimo ventennio. Successivamente, grazie una tesi sperimentale volta allo studio della risposta dei ghiacciai alpini al Global Warming, ottiene la laurea magistrale in scienze e tecnologie ambientali con indirizzo climatico presso il DISAT dell’Università Bicocca di Milano nel Novembre 2015. Dopo una breve esperienza come insegnate di matematica e scienze presso una scuola secondaria di primo grado, ottiene un assegno di ricerca presso L’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) della durata di un anno dove si occupa dello sviluppo e mantenimento dell’Archivio Storico Macrosismico Italiano (ASMI). In fine, nel novembre del 2017 si traferisce all’università LJMU di Liverpool dove inizia un dottorato di ricerca volto a studiare gli effetti dei cicloni extratropicali sulla calotta glaciale Groenlandese. Tale esperienza è accompagnata da costante attività di insegnamento all’interno dell’università dove si occupa di fornire agli studenti le basi di statistica, programmazione e utilizzo di Geographic Information System (GIS) necessari per poter lavorare e gestire dati meteorologici, climatici e ambientali.

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