Un corallo rosa a frange ondeggiava delicatamente nell’azzurro oceano cristallino, mentre un banco composto da milioni di minuscoli pesciolini argentati lo superava veloce. Nuotando compatti, i pesci saettarono rapidi come una lama, poi, all’improvviso, puntarono verso l’alto e scomparvero nelle acque turchine, oltre la testa di George. A quel punto, da sopra, apparve un pesce enorme, che iniziò a galleggiare tra il ragazzo e il bagliore del sole che illuminava la superficie dell’oceano. Attraverso il suo campo visivo, George poteva vedere l’animale immenso muoversi lentamente, maestoso, armato e pericoloso quanto un cacciatorpediniere.
Sul fondo dell’oceano, dove la barriera corallina scivolava verso il terreno sabbioso, piccole creature schizzavano rapide agitando freneticamente le tenaglie, come se fossero sul punto di essere catturate da un retino. Tutt’intorno, sinuosi vermi marini tracciavano disegni ondulati sul morbido tappeto del fondale.
GUIDA PRATICA ALL’UNIVERSO
GLI OCEANI DELLA TERRA
Professor Ros E.M. Rickaby Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Oxford
La Terra – il pianeta azzurro – è un’eccezione nel nostro Sistema Solare, poiché è ricoperta per quasi tre quarti dagli oceani. Ma perché esistono gli oceani? Sembra incredibile, ma essi provengono dallo spazio. Quando la Terra si stava formando, il calore era troppo alto perché l’acqua riuscisse a condensarsi sul nostro pianeta. Proprio come accade sulle montagne più alte, che sono decorate da candide cime innevate oltre il punto in cui il raffreddamento dell’atmosfera dovuto all’altitudine permette alla neve di persistere (limite delle nevi), così anche allora esisteva un limite che consentiva il raffreddamento a una certa distanza da quel Sole primordiale e caldissimo.
Temperature abbastanza fredde da favorire la formazione di granelli di ghiaccio si raggiungevano solo nei punti più esterni del Sistema Solare, nella cintura di asteroidi che si trovava approssimativamente fra Marte e Giove. Gli oceani terrestri, perciò, furono “importati”: molti ritengono che ciò sia avvenuto grazie a una pioggia di meteoriti, o comete ricche di acqua, provenienti dalla cintura di asteroidi che bombardarono la Terra primordiale.
Da allora, quelle molecole d’acqua extraterrestre non sono mai più state create né distrutte! Per i successivi 3,8 miliardi di anni (la prima prova dell’esistenza di acqua liquida viene da sedimenti di quell’epoca ritrovati nella Groenlandia sudoccidentale), i nostri oceani sono rimasti intrappolati nella superficie terrestre, dove compiono sostanzialmente due cicli. Nel primo, il calore del Sole ai Tropici trasforma una parte dell’oceano in vapore acqueo (proprio come succede in una pentola d’acqua che bolle o in una macchina a vapore) e, quindi, in nuvole. Alzandosi nell’aria, le nuvole si raffreddano e generano la pioggia, che si raccoglie in rivoli: questi scorrono sul terreno e formano torrenti e fiumi, prima di sfociare nuovamente negli oceani. Nel secondo, piccole quantità di acqua penetrano nelle profondità della Terra attraverso profonde crepe che si aprono sui fondali marini. Quest’acqua torna rapidamente in superficie attraverso i vulcani o le sorgenti idrotermali.
Insomma, le stesse identiche molecole di acqua che escono dai rubinetti delle nostre case sono state testimoni di ogni secondo della storia della Terra, da prima dell’inizio della vita autoreplicante fino alla comparsa degli organismi multicellulari.
Probabilmente, a un certo punto, quelle molecole d’acqua sono passate anche attraverso un dinosauro. Pensa, magari stai preparando una tazza di tè con la stessa acqua che, un tempo, è stata bevuta a sorsate da un T. Rex assetato!
Ciò che rende l’acqua tanto straordinaria, e gli oceani un elemento così importante per l’esistenza della vita, è la sua capacità di dissolvere le sostanze. Metti un pizzico di sale in un bicchiere d’acqua, o un po’ di zucchero nel tè, e vedrai che i cristalli svaniranno o si dissolveranno. Questo accade perché la lieve carica elettrica o “polarità” delle molecole dell’acqua attrae gli elementi e li trasforma in soluzioni.
L’acqua è molto più efficace nel dissolvere le cose se è resa leggermente acida e reagisce con qualcosa come l’anidride carbonica, per creare acido carbonico. Bevi un sorso di una bevanda frizzante (le bollicine sono anidride carbonica) e prova a percepirne l’acidità: i miei figli arricciano sempre il naso quando lo fanno! Ora, nel momento in cui l’acqua evapora dagli oceani e si trasforma in nuvole, poi in pioggia, e infine in fiumi, diviene lievemente acida perché reagisce con l’anidride carbonica presente nell’atmosfera. Ne risulta che quest’acqua piovana frizzante dissolve le sostanze che si trovano nel suolo (il processo si chiama degradazione meteorica o meteorizzazione), le porta nei fiumi e queste finiscono per raggiungere gli oceani. Vi è mai capitato di vedere dei fiumi di color rosso bruno? È perché sono pieni di ferro, colato giù dalle rocce.
Gli oceani accumulano tutti gli elementi dissolti e filtrati dal terreno (e dalla reazione sui fondali nelle profondità marine intorno alle sorgenti idrotermali come, per esempio, le spettacolari fumarole nere), ma solo le molecole d’acqua in sé e per sé continuano a compiere il loro ciclo e tornano a formare le nuvole: gli altri elementi vengono abbandonati. Alcuni si addensano nell’oceano e arrivano a trasformarsi di nuovo in minerali, per poi depositarsi sotto forma di sedimenti. Così fanno, per esempio, il calcare (carbonato di calcio) o il chert, una roccia silicea; questo processo limita la loro concentrazione nelle acque marine.
Contrariamente alla maggior parte degli elementi, però, il sodio e il cloro – i due componenti del sale – si depositano solo episodicamente e in casi eccezionali nelle acque oceaniche. Per esempio, circa 6 milioni di anni fa l’intero Mediterraneo si prosciugò, riducendosi a una pozzanghera e lasciando immensi depositi di sale. La mancanza di uno “scarico” naturale e continuativo di sodio e cloro fa sì che il mare sia sempre salato.
La degradazione meteorica del terreno da parte dell’acqua è il vero motivo per cui la vita è comparsa e ha resistito sulla Terra: infatti essa agisce come una specie di termostato per la temperatura del pianeta. La velocità della meteorizzazione dipende dalla temperatura della Terra, perciò, se per un qualsiasi motivo questa temperatura si alza – per esempio per via di un incremento della luminosità solare – o se si verifica un aumento di anidride carbonica nell’atmosfera del pianeta (un gas serra che scalda la Terra), le rocce e il terreno si dissolvono più rapidamente. Questo porta a un afflusso di elementi (e di carbonio) negli oceani che, a loro volta, accelerano la formazione di sedimenti. Tale processo imprigiona più anidride carbonica in calcare e, in questo modo, riporta il pianeta alla sua condizione precedente e blocca il surriscaldamento. Ma secondo te come fa la degradazione meteorica a impedire che la Terra si congeli completamente?
Se anche la meteorizzazione ha mantenuto temperature favorevoli alla comparsa della vita, non sappiamo – e forse non lo sapremo mai – dove sia comparsa la vita sulla Terra (ecco un dilemma che potresti tentare di risolvere!). È accaduto in una “pozza di acqua tiepida”, come suggeriva il grande naturalista Darwin, oppure nelle profondità dell’oceano? In qualsiasi luogo sia avvenuto, una cosa è certa: l’origine della vita e la sua evoluzione sono legate all’acqua. Nelle rocce della crosta terrestre gli elementi sono strettamente connessi gli uni agli altri; l’oceano, invece, è un cocktail liquido di quegli stessi elementi (oltre alle molecole organiche), completamente liberi di diffondersi e di reagire l’uno con l’altro. E questa fu la chiave che fece scaturire la vita.
Oggi si crede che furono prevedibilmente gli oceani più profondi a fornire un rifugio sicuro ai primissimi abbozzi di vita: la superficie della Terra primordiale era un ambiente troppo instabile e pericoloso. In fondo agli oceani, invece, le radiazioni nocive giungevano filtrate e il mare rappresentava un cuscinetto assorbente contro le temperature eccessive e proteggeva lo sviluppo della vita dai bombardamenti di meteoriti e dalle eruzioni vulcaniche intense.
È opinione diffusa tra gli scienziati che, a partire da una data incerta (all’incirca 2,7 miliardi di anni fa), i primi due miliardi di anni della storia della vita si svolsero con buona approssimazione sul fondo degli oceani. Tuttavia un ineluttabile meccanismo a catena (feedback) spronava la vita a divenire sempre più complessa. Il crescente successo dei microbi generò altri prodotti chimici (in particolare l’ossigeno dell’atmosfera) la gran parte dei quali, però, inizialmente era tossica. Per conquistare un maggiore e un migliore controllo della propria chimica interna, quindi, le cellule semplici cominciarono a compartimentalizzarsi, ovvero a separarsi in sezioni (questo genere di cellule si definisce eucariota), e infine si differenziarono.
L’avvento della pluricellularità coincise con l’invenzione più spettacolare della vita stessa: la comparsa dello scheletro. Durante questa “esplosione del Cambriano”, avvenuta 0,54 miliardi di anni fa, i segni della vita impressi sulle rocce mostrano un preciso cambiamento, dalle tracce deboli e vaghe a una varietà di conchiglie fossili, solide ma intricate, lasciate indubbiamente da organismi complessi (e in effetti Darwin fraintese questa fase, considerandola l’alba della vita).
La soluzione dei minerali della Terra concentrata nell’oceano – come spiegato in precedenza – rese la produzione di parti dure come i gusci delle conchiglie relativamente facile. Proprio come i “dinosauri cornuti” svilupparono ornamenti sempre più elaborati contro la crescente ferocia del Tirannosauro, questi primi “biominerali” si dotarono di armature protettive per resistere agli impatti, ai veleni e, fatto ancora più importante, ai predatori. Lo scheletro – conchiglie e ossa – fornì il supporto solido e rigido per i primi passi della vita animale sulla terraferma!
Nel corso della storia della Terra, il termostato della meteorizzazione ha mantenuto un equilibrio stabile tra i livelli di acidità (l’anidride carbonica) e quelli di alcalinità (gli ioni dissolti nell’oceano). Insomma, per il mare è come se i continenti fossero un rimedio contro l’indigestione o contro l’acidità di stomaco. Da quando esistono, gli oceani sono sempre stati leggermente alcalini: perfetti per creare scheletri.
Ma noi, e le generazioni future di questo pianeta, ci troviamo ad affrontare un problema di dimensioni crescenti.
Infatti, la forte espansione del genere umano e la sua sete di carburante fossile stanno aggiungendo anidride carbonica – e di conseguenza acidità – agli oceani a una velocità mai vista prima. Tra circa un milione di anni, la dissoluzione delle masse di terraferma dei nostri continenti accelererà abbastanza da neutralizzare questo grande rigurgito di anidride carbonica nelle nostre acque. Ma la degradazione meteorica è di per sé un processo lento, perciò, nel frattempo, gli oceani stanno diventando un po’ meno alcalini e un po’ meno saturi. Questo processo viene spesso definito “acidificazione degli oceani”. Una definizione più accurata sarebbe: “leggera diminuizione dell’alcalinizzazione degli oceani”, che però è sicuramente molto meno adatta alle prime pagine dei giornali!
Gli organismi vulnerabili come le barriere coralline troveranno sempre più difficile generare uno scheletro; e questo potrebbe avere notevoli conseguenze sull’ecosistema marino, a meno che gli stessi organismi non riescano ad adattarsi – e molto alla svelta!
Alcuni scienziati credono che dovremmo intervenire per contrastare il riscaldamento globale e l’acidificazione, programmando una rimozione dell’anidride carbonica in eccesso. Questo potrebbe includere la manipolazione della degradazione meteorica della terraferma, allo scopo di rilasciare maggiori quantità di elementi alcalini nelle acque marine.
Ma è davvero il caso di imbarcarsi in un altro esperimento su ...
