Oxygen-isotope palaeothermometry of the Eocene Harudi Formation, Kutch Basin, western India: evidence for an early inception of the Middle Eocene Climatic Optimum

Il tempo profondo è spesso immaginato come un lento e costante deriva, ma la storia climatica della Terra è in realtà una storia di salti improvvisi e drammatici inversi. Durante l'epoca Eocene, circa 56 o 34 milioni di anni fa, il pianeta era un mondo a effetto serra, significativamente più caldo di quello odierno. Eppure, anche all'interno di questa era calda, il clima non rimase statico; sperimentò brevi e intensi picchi di calore noti come eventi ipertermali, seguiti da periodi più lunghi di calore che si distinguevano rispetto a una generale tendenza al raffreddamento. Una delle fasi calde più significative è l'Ottimo Climatico del Medio Eocene, un periodo in cui le temperature globali aumentarono bruscamente per centinaia di migliaia di anni. Comprendere esattamente quando iniziò questo riscaldamento e come si sia manifestato in regioni specifiche è cruciale per gli scienziati che cercano di ricostruire il modo in cui il sistema climatico della Terra risponde al cambiamento. Per farlo, i ricercatori osservano spesso le impronte chimiche lasciate dietro dalle antiche conchiglie, che agiscono come termometri naturali registrando la temperatura dell'acqua di mare in cui sono cresciute.

Per decenni, una specifica sezione di roccia nell'India occidentale, nota come Formazione Harudi, è rimasta un mistero in questo puzzle globale. Questo strato di sedimento, ricco di fossili di antiche balene, coccodrilli e gigantesche lumache di mare, si trova nel Bacino di Kutch e rappresenta una finestra critica sul medio Eocene. Tuttavia, nonostante la sua importanza, gli scienziati avevano pochissimi dati sulle temperature reali dell'acqua di quel tempo e di quel luogo. La difficoltà risiedeva nelle rocce stesse; l'area è famosa per i suoi fossili, ma le conchiglie trovate lì sono spesso alterate chimicamente da milioni di anni di pressione e acque sotterranee, rendendo i loro record di temperatura inaffidabili. Senza conchiglie incontaminate e inalterate, i segnali chimici necessari per calcolare le temperature passate vanno perduti o vengono confusi. Ciò ha lasciato una significativa lacuna nella mappa dei climi antichi per l'India occidentale, costringendo i ricercatori a fare affidamento su dati provenienti da altri strati rocciosi vicini che potrebbero non raccontare la stessa storia.

Un team di ricercatori ha ora colmato questa lacuna selezionando con cura sei campioni fossili dalla Formazione Harudi che sono sopravvissuti in condizioni perfette. Hanno scelto cinque gusci di ostrica e un guscio di un organismo marino unicellulare chiamato Nummulites, tutti raccolti da un particolare taglio stradale dove gli strati rocciosi sono chiaramente visibili. Prima di tentare qualsiasi calcolo della temperatura, il team doveva essere assolutamente certo che queste conchiglie non fossero state chimicamente manipolate nel corso di milioni di anni. Hanno utilizzato una potente tecnica a raggi X per scansionare la struttura interna di ogni campione, confermando che ognuno era composto da calcite pura e stabile, lo stesso minerale con cui gli animali avevano originariamente costruito i loro gusci. Questa verifica era essenziale, poiché ha dimostrato che le conchiglie non erano state ricristallizzate o alterate da successivi processi geologici, garantendo che i dati chimici in esse contenuti fossero un vero record dell'antico oceano.

Con i campioni verificati come incontaminati, i ricercatori hanno analato gli isotopi dell'ossigeno intrappolati all'interno della struttura cristallina delle conchiglie. Il rapporto tra diversi tipi di atomi di ossigeno in un guscio cambia a seconda di quanto fosse calda l'acqua quando l'animale era vivo. Misurando questi rapporti e confrontandoli con ciò che si sa della composizione chimica dell'antica acqua di mare, il team è stato in grado di calcolare le temperature esatte dell'acqua per ogni strato di roccia. I risultati hanno rivelato una storia termica dinamica. Le temperature dell'acqua in questa regione variavano da un relativamente fresco 27,31 gradi Celsius nella parte superiore della formazione a un rovente 38,44 gradi Celsius in uno specifico strato di scisto bruno. In particolare, i dati hanno mostrato due distinti picchi di calore. Un picco raggiunse i 32,25 gradi Celsius in uno strato di roccia formato da una massiccia tempesta che ha accumulato conchiglie, mentre l'altro picco, ancora più caldo a 38,44 gradi Celsius, è stato trovato in uno strato di fango che conteneva anche minerali evaporitici, suggerendo un tempo in cui l'acqua era bassa e altamente salina.

Questi picchi di temperatura sono interpretati come la firma locale dell'Ottimo Climatico del Medio Eocene, l'evento di riscaldamento globale menzionato in precedenza. Ciò che rende questa scoperta particolarmente interessante è il tempismo. Altri studi hanno suggerito che questo riscaldamento globale sia iniziato intorno a 40,5 milioni di anni fa. Tuttavia, gli strati rocciosi della Formazione Harudi in cui sono stati trovati questi picchi di calore sono datati come leggermente più antichi, situandosi attorno a un confine di circa 41,6 milioni di anni fa. Ciò suggerisce che il riscaldamento associato all'Ottimo Climatico del Medio Eocene potrebbe essere iniziato prima in questa parte del mondo rispetto alla media globale, o almeno che il segnale sia arrivato nell'oceano dell'India occidentale prima di essere pienamente registrato in altre parti del globo. I ricercatori hanno anche notato che le temperature più calde coincidevano con ambienti stressanti per la vita, come i letti di conchiglie colpiti dalle tempeste e le lagune salate ed evaporitiche. Questo allineamento ha senso, poiché il calore estremo spesso porta all'evaporazione e a cambiamenti nella salinità, creando condizioni in cui solo gli organismi più resistenti potevano sopravvivere.

Lo studio è presentato come un passo preliminare piuttosto che come una conclusione definitiva. Il team sottolinea che, sebbene i sei campioni forniscano il primo record diretto della temperatura per questa formazione, il piccolo numero di punti dati significa che l'immagine completa è ancora in fase di assemblaggio. I valori di calore estremo, in particolare la lettura di 38,44 gradi Celsius, sono sorprendenti, ma i ricercatori avvertono che sono necessari più campioni per confermare queste tendenze con certezza statistica. Hanno anche notato che alcuni dei segnali chimici nelle conchiglie erano insoliti, suggerendo che fattori ambientali locali potrebbero aver influenzato i dati in modi non ancora pienamente compresi. Nonostante queste avvertenze, il lavoro stabilisce con successo una base per la ricerca futura. Dimostra che la Formazione Harudi possiede un record climatico leggibile e suggerisce che il riscaldamento del medio Eocene potrebbe aver avuto un inizio più complesso e precoce in questa regione di quanto precedentemente pensato, invitando a ulteriori indagini su come funzionava realmente questo antico mondo a effetto serra.