Fossile di una rudista bivalve ritrovata negli Emirati Arabi Uniti, molto simile a quello che ha consentito agli scienziati di condurre questo studio (cliccare per ingrandire).
Credits: Agu, Wikipedia, Wilson-44691

Cosa c’è in comune fra le rudiste Torreites Sanchezi (molluschi dal singolare aspetto vissuti nel secondo periodo Cretacico), la rotazione giornaliera della Terra, la distanza Terra-Luna e, infine, il famigerato effetto serra? Sembra un indovinello da quiz televisivo, e che ci crediate o meno la risposta che arriva dagli scienziati della Vrije Universiteit Brussel è… la fotosintesi clorofilliana.

Che conchiglie e coralli siano ricchi archivi per lo studio di variazioni climatiche su tempi scala che vanno dalle stagioni alle decadi non è una novità in paleoclimatologia, ma che da essi si possa addirittura stimare la durata di un singolo giorno, se e quanto sole splendeva in quel giorno, e pure risalire alla distanza Terra-Luna, è un risultato senza precedenti.

Lo studio in questione, pubblicato dalla rivista Paleoceanography and Paleoclimatology e firmato dagli scienziati delle università belghe di Bruxelles e Ghent, ha mostrato che nel Cretaceo superiore, precisamente nell’epoca Campaniana (fra 83.6 e 72.1 milioni di anni fa), i giorni duravano mezz’ora in meno rispetto a oggi – per l’esattezza, 23 ore e 31 minuti – e che, per effetto della maggior velocità di rotazione della Terra attorno al proprio asse, la Luna si trovava circa mille chilometri più vicina rispetto ad oggi.

L’analisi è stata effettuata usando il reperto fossile della conchiglia di un particolare mollusco bivalve della famiglia delle rudiste, il Torreites Sanchezi, custodito al museo di storia naturale di Maastricht e proveniente dalle aride montagne dell’Oman, che 70 milioni di anni fa si presentavano come un ambiente marino e tropicale.

«Le rudiste sono dei bivalvi piuttosto speciali. Non c’è alcun essere vivente simile a loro, al giorno d’oggi», spiega Niels De Winter, primo autore della pubblicazione. «Nel tardo Cretaceo specialmente, i principali costituenti della barriera corallina in tutto il mondo erano questi bivalvi. Essi assumevano proprio il ruolo di costruttori di questo ecosistema, come i coralli al giorno d’oggi».

Come denti e ossa, le conchiglie sono costituite da un materiale composito di carbonato di calcio, la calcite. Crescendo, i molluschi bivalvi depositano sulle loro conchiglie strati di calcite mista a polimeri (grandi molecole organiche, come le proteine), stabilendo così un importante collegamento spazio-temporale fra numero di anelli di accrescimento e tempo di vita.

Un nuovo metodo di analisi spettroscopica di massa basato sul prelevamento di campioni fossili del diametro di 10 micron, chiamato ablazione laser-plasma accoppiato induttivamente-spettrometria di massa, ha permesso agli scienziati di stimare variazioni nella composizione chimica delle strie di accrescimento delle conchiglie su scale fisiche dell’ordine di 40 micron, corrispondenti a tempi scala inferiori ad un giorno.

Osservazione microscopica delle lamelle di accrescimento del guscio di T. Sanchezi. La distanza fra i punti rossi rappresenta un anno di crescita. La distanza fra i punti verdi rappresenta la crescita su scala di 0.6 mm, corrispondenti a cicli di 14 giorni. Gli anelli di accrescimento giornalieri sono indicati con sottili linee nere. Le immagini contrassegnate con le lettere d) ed e) mostrano lamelle di spessore di 40 micron, con bande di calcite prevalentemente scure (d) e prevalentemente chiare (e). Crediti: De Winter et al., Paleoceanography and Paleoclimatology, 2020

«Abbiamo circa 4 o 5 misurazioni diverse per ciascun giorno, qualcosa che non si riesce quasi mai a ottenere in geologia storica. Praticamente, possiamo guardare a un giorno di 70 milioni di anni fa. È piuttosto sorprendente», dice De Winter.

Le misure mostrano che il numero totale di anelli depositati dalla T. Sanchezi in un anno è pari a 372, accoppiati in sequenze di lamelle chiaro-scure che indicano, secondo gli scienziati, una crescita differenziata fra giorno e notte.

«Questo bivalve mostra una dipendenza molto pronunciata dal ciclo diurno, suggerendo che esso fosse un organismo fotosimbionte», continua lo scienziato, fornendo la risposta a uno dei quesiti più dibattuti circa la vita di questi molluschi in epoca preistorica: essi vivevano in simbiosi con un organismo in grado di compiere la fotosintesi clorofilliana, che partecipava al loro processo di crescita e lasciava traccia di sé negli isotopi chimici depositati sulla conchiglia.

Oltre alle sequenze di accrescimento giornaliere, gli scienziati hanno anche individuato raggruppamenti su scale fisiche di circa 0.6 e 1.2 mm, corrispondenti ai cicli mareali di 14 e 28 giorni del sistema Terra-Luna, pressocché invariati dall’epoca Campaniana.

Anche l’anno solare rimane invariato nel corso della storia, perché l’orbita della Terra attorno al Sole non cambia nel tempo.

Il numero di giorni in un anno è invece diminuito, parallelamente all’allungarsi della loro durata, a causa della frizione mareale e al conseguente rallentamento nel moto di rotazione della Terra attorno al proprio asse. Poiché l’inerzia totale del sistema Terra-Luna rimane costante, l’energia persa dal moto di rotazione della terra viene trasferita quasi completamente al moto di rivoluzione della Luna attorno alla Terra, aumentando la distanza fra i due corpi.

Fino a questo momento, nulla di nuovo per gli astronomi, che hanno stimato un tasso costante di allontanamento della Luna dal nostro pianeta di 3.82 cm all’anno. Riavvolgendo il nastro, però, un simile tasso collocherebbe la Luna all’interno della Terra già solo 1.4 miliardi di anni fa, ma questo è incompatibile con altri dati stando ai quali la Luna ha accompagnato la storia della Terra per almeno 4.5 miliardi di anni. Dunque la velocità di allontanamento del nostro satellite deve essersi modificato nel tempo.

De Winter e i suoi colleghi contano di aver gettato le basi per applicare queste analisi ad altri reperti fossili di molluschi antecedenti, e ricostruire così la storia di formazione ed evoluzione della Luna.

Non solo biochimica e paleoastronomia sono coinvolte in questo studio, importanti implicazioni arrivano anche sul fronte climatico. L’accrescimento delle conchiglie è infatti influenzato soprattutto da cambiamenti di temperatura, dall’irraggiamento e dalla qualità dell’acqua, che generano riconoscibili sequenze di striature e anelli di accrescimento.

Il parallelismo fra l’epoca Campaniana e i giorni nostri è tutt’altro che strampalato: si tratta infatti di due epoche in cui si assiste a un aumento del cosiddetto effetto serra, causato dall’innalzarsi delle percentuali di CO₂ nell’aria. All’epoca, la temperatura sulla superficie terrestre aveva una media annuale 2-4 gradi Celsius superiore a quella odierna, e un gradiente di temperatura inferiore fra l’equatore ed i poli.

Istantanee giornaliere dei cambiamenti climatici possono essere visualizzate in anteprima con la tecnica utilizzata da De Winter e collaboratori, mediante lo studio della composizione chimica isotopica delle conchiglie. La proporzione dei diversi isotopi dell’ossigeno nell’acqua, ad esempio, varia al variare della temperatura e si ritrova ugualmente sulla conchiglia della rudista T. Sanchezi.

«L’analisi chimica delle linee di accrescimento indica che le temperature degli oceani erano maggiori alla fine del Cretaceo rispetto a quanto stimato in precedenza, raggiungendo i 40 gradi Celsius d’estate e i 30 d’inverno. Le temperature raggiunte in estate erano davvero prossime al limite fisiologico per la sopravvivenza di questa specie di molluschi», riporta De Winter.

Studi come questo, se combinati con ricostruzioni di variazioni climatiche sul lungo periodo, hanno il potenziale unico di trovare il nesso mancante fra modelli climatici e modelli meteorologici, aiutandoci a capire meglio l’andamento e le conseguenze dell’odierno effetto serra