Il passato geologico dell’Antartide

L’Antartide per le civiltà antiche rappresentava una terra mitica e misteriosa ma negli ultimi due secoli è stata raggiunta da innumerevoli spedizioni fino a diventare quello che ora è il più grande laboratorio scientifico del mondo.

Il continente antartico si racconta soprattutto attraverso le sue condizioni estreme: il freddo e le temperature che si aggirano attorno ai -70°, le tormente e i venti che soffiano a 330 km/h, i lunghi inverni senza sole,  l’altitudine, l’aridità, il rivestimento da parte di spesse calotte di ghiaccio e i panorami sterminati che ne conseguono e che si distendono per migliaia e milioni di km. L’ambiente estremo dell’Antartide è stato teatro di tragedie avvenute nella corsa al Polo Sud, quando, dopo numerosi tentativi da parte di diversi esploratori, il norvegese Amundsen conquistò il polo il 14 dicembre dell’anno 1911, e l’inglese Scott e i suoi compagni di spedizione (giunti al Polo il 17 gennaio del 1912) scoprendo di avere fallito si lasciarono pervadere dalla tristezza e non fecero più ritorno.

Ma l’Antartide è anche estremamente affascinante per i suoi ecosistemi e le forme di vita, le manifestazioni elettromagnetiche dell’alta atmosfera, la geologia sepolta dalle calotte glaciali (nell’immagine sottostante è riportata la ricostruzione topografica del continente sepolto, ottenuta tramite rilievi radar), senza dimenticare l’importanza che riveste nella ricerca scientifica in diversi settori. Tra i progetti  e gli ambiti di ricerca : lo studio dei cambiamenti climatici globali, dei processi climatici, del paleoclima , della tettonica globale, ma anche ricerche astronomiche e cosmologiche, sulla biodiversità e la sperimentazione di nuove tecnologie, l’addestramento e la simulazione per l’esplorazione spaziale, la ricerca geofisica e sismologica, lo studio della magnetosfera, dei laghi sepolti e degli organismi estremofili.

Il continente ghiacciato non è abitato, ma è sede di oltre 80 basi scientifiche appartenenti a 46 paesi diversi. Tra le stagioni invernali ed estive si conta la presenza tra le 1000 e le 5000 persone l’anno.

Dal punto di vista della ricerca scientifica, spicca in modo rilevante lo studio del clima e dei cambiamenti climatici globali. La ricerca avviene soprattutto prelevando campioni di ghiaccio a profondità fino a 3000 metri, in cui vengono analizzati  i valori di diversi isotopi di ossigeno e i livelli di anidride carbonica nell’atmosfera.

Interessanti sono i laghi sepolti dell’Antartide, detti laghi sub glaciali. La loro esistenza è stata scoperta da indagini geofisiche condotte a partire dagli anni ’60. Famoso è il lago di Vostok (localizzato sotto l’omonima stazione russa) che si trova a 3700 m di profondità, con dimensioni  di 250 km di lunghezza, 50 km di massima larghezza e 12.000 km2 di estensione. Ma la vera scoperta è stata quella di forme di vita estremofile che abitano tali laghi e che quindi sopravvivono in un ambiente estremo, immerso nell’oscurità, a condizioni di pressione molto elevate. Le immagini di seguito mostrano la posizione in Antartide del lago Vostok, la calotta glaciale carotata per raggiungere il lago e alcuni batteri estratti dal ghiaccio visti con il microscopio ottico e con il microscopio elettronico a scansione.

È stato possibile raggiungere alcuni laghi tramite “scavi” nel ghiaccio ottenuti  iniettando acqua calda filtrata e purificata da fasci di raggi UV (per non contaminarne le acque e l’ecosistema). Lo studio di tali organismi riveste importanti ruoli, come ad esempio lo sviluppo di medicinali basati sullo studio delle loro capacità di vita in condizioni estreme, oppure per comprendere l’eventuale sopravvivenza di simili batteri estremofili su altri pianeti (come potrebbe essere nelle calotte polari di Marte, oppure al di sotto della crosta ghiacciata di Europa, satellite di Giove). Nell’immagine di seguito: la struttura interna di Europa, la crosta ghiacciata e l’oceano di acqua liquida di cui gli scienziati sono abbastanza certi dell’esistenza.

Europa
Struttura sotto i ghiacci di Europa

Storia geologica e paleontologia

Più di 170 milioni di anni fa, l’Antartide faceva parte del supercontinente Gondwana . Nel tempo, Gondwana si separò gradualmente, e l’Antartide come lo conosciamo oggi si formò circa 25 milioni di anni fa. L’Antartide non era sempre fredda, asciutta e coperta di ghiaccio. In una serie di punti nella sua lunga storia, era più a nord, viveva un clima tropicale o temperato, era coperto di foreste e abitato da varie forme di vita antiche.

Era paleozoica (540-250 Ma): Durante il periodo Cambriano , Gondwana aveva un clima mite. L’Antartide occidentale era parzialmente nell’emisfero settentrionale e durante questo periodo furono depositate grandi quantità di arenarie , calcari e scisti . L’Antartide orientale era all’equatore, dove invertebrati e trilobiti sul fondo del mare prosperarono nei mari tropicali. All’inizio del periodo Devoniano (416 Ma ), il Gondwana si trovava in più latitudini meridionali e il clima era più fresco, sebbene fossili di piante terrestri siano conosciuti da questo momento. Sabbia e limi venivano depositati in quello che ora è Ellsworth, Horlick e Pensacola Mountains . La glaciazione iniziò alla fine del periodo Devoniano (360 Ma), quando Gondwana divenne centrata sul Polo Sud e il clima si raffreddò, anche se la flora rimase. Durante il periodo Permiano , la terra divenne dominata da piante da seme come Glossopteris , un pteridosperma che cresceva nelle paludi. Nel tempo queste paludi sono diventate depositi di carbone nelle Montagne Transantartiche. Verso la fine del periodo Permiano, il continuo riscaldamento ha portato a un clima caldo e secco su gran parte del Gondwana.

Era mesozoica (250-66 Ma)

Come risultato del continuo riscaldamento, le calotte polari si sono sciolte e gran parte del Gondwana è diventato un deserto. Nell’Antartide orientale, felci di seme o pteridosperme divennero abbondanti e in questo periodo furono deposte grandi quantità di arenaria e scisto. I sinapsidi , comunemente noti come “rettili simili ai mammiferi”, erano comuni in Antartide durante il Triassico inferiore e includevano forme come il listrosauro . La penisola antartica cominciò a formarsi durante il periodo Giurassico (206-146 Ma), e le isole gradualmente emersero dall’oceano. In questo periodo abbondavano alberi di ginkgo , conifere, bennette, equiseti, felci e cicadee . Nell’Antartide occidentale, di conifere foreste dominate attraverso l’intero periodo Cretaceo (146-66 Ma), anche se il faggio meridionale divenne più prominente verso la fine di questo periodo. Ammoniti erano comuni nei mari intorno all’Antartide e anche i dinosauri erano presenti, sebbene solo tre generi di dinosauri antartici ( Cryolophosaurus e Glacialisaurus , dalla Formazione di Hanson, Antarctopelta) siano stati descritti fino ad oggi. Fu durante questa era che Gondwana cominciò a sciogliersi. Tuttavia, ci sono alcune prove di glaciazione marina antartica durante il periodo Cretaceo.

Scioglimento del Gondwana (160-23 Ma)

Il raffreddamento dell’Antartide si è verificato gradualmente, in quanto la diffusione continentale ha cambiato le correnti oceaniche da correnti longitudinali equatoriali della temperatura da equatore a correnti latitudinali che hanno conservato e accentuato le differenze di temperatura di latitudine.

L’Africa si separò dall’Antartide nel Giurassico, circa 160 Ma, seguita dal subcontinente indiano nel Cretaceo primitivo (circa 125 Ma). Alla fine del Cretaceo, circa 66 Ma, l’Antartide (allora collegata all’Australia) aveva ancora un clima subtropicale e una flora, completa di una fauna marsupiale. Nell’epoca dell’Eocene , circa 40 Ma Australia- Nuova Guinea si separarono dall’Antartide, in modo che le correnti latitudinali potessero isolare l’Antartide dall’Australia e il primo ghiaccio cominciò ad apparire. Durante l’ evento di estinzione Eocene-Oligocene circa 34 milioni di anni fa, i livelli di CO2 sono stati trovati a circa 760 ppm e stava diminuendo dai precedenti livelli nelle migliaia di ppm.

Intorno al 23 maggio, il Passaggio di Drake si aprì tra l’Antartide e il Sud America, dando origine alla Corrente Circumpolare Antartica che isolò completamente il continente. I modelli dei cambiamenti suggeriscono che il calo dei livelli di CO 2 è diventato più importante.  Il ghiaccio cominciò a diffondersi, sostituendo le foreste che coprivano il continente.

Periodo di Neogene (23-0,05 Ma)

A partire da circa 15 Ma, il continente è stato per lo più coperto di ghiaccio.

La topografia rocciosa dell’Antartide, fondamentale per comprendere il moto dinamico delle calotte glaciali continentali. La topografia del substrato roccioso sotto la calotta antartica è fondamentale per comprendere il moto dinamico della calotta glaciale, il suo spessore e la sua influenza sull’oceano circostante e sul clima globale. Nel 2001, il British Antarctic Survey (BAS) ha pubblicato una mappa del letto sotto la calotta antartica e il fondo marino si estendeva sulla piattaforma continentale derivata dai dati raccolti da un consorzio internazionale di scienziati negli ultimi cinquant’anni. Il set di dati risultanteè stato chiamato BEDMAP (o BEDMAP1). Nel 2013, BAS ha rilasciato un aggiornamento del dataset topografico denominato BEDMAP2 che incorpora venticinque milioni di misurazioni effettuate negli ultimi due decenni dal suolo, dall’aria e dallo spazio. 

Dal Rodinia al Gondwana

L’Antartide richiama l’interesse scientifico internazionale anche per il ruolo che ricopre nell’evoluzione tettonica e geologica del Gondwana, il supercontinente che segnò l’inizio del Fanerozoico, composto in gran parte dagli attuali continenti dell’emisfero meridionale. Come evidenza della continuità fisica di questi continenti, ci sono le cosiddette sequenze gondwaniane, che trovano corrispondenza in analoghe successioni stratigrafiche in regioni dell’emisfero meridionale (Sudamerica, Africa, India, Sri Lanka, Antartide, Australia e Nuova Zelanda) e testimonianze paleontologiche, quale la comparsa nel Triassico (~250 Ma) del famoso rettile erbivoro Lystrosaurus che non aveva sviluppato particolari adattamenti al nuoto su lunghe distanze ed è stato ritrovato in tutti i continenti gondwaniani, incluso l’Antartide

Con molta probabilità però, la formazione del Gondwana è legata all’aggregazione di frammenti dispersi di un supercontinente esistito in precedenza. Sono stati proposti vari nomi per questo supercontinente, tra cui UrGondwana, Katania, Paleopangea e Rodinia, il quale deriva dal russo rodit che significa generare, ed è il nome più comunemente usato. Rodinia raccoglieva tutte le terre emerse e sarebbe il precursore di tutti i continenti che si formarono successivamente. Il corrispondente oceano globale che circonda il Rodinia è chiamato Mirovoi. Il ciclo di vita del supercontinete va dalla sua amalgamazione, avvenuta ~1.300–1.100 Ma a cuasa di una serie di collisioni avvenute durante il ciclo orogenetico Grenvilliano, alla sua scomparsa che è registrata nel rift del Neoproterozoico superiore e nelle successioni di margine passivo, che fanno seguito alla sua frammentazione1

Antartide
La frammentazione del Gondwana

La sua configurazione è però motivo di intenso dibattito e i vari modelli che sono stati finora proposti si evolvono parallelamente alla crescente disponibilità dei dati. È stata anche stilata una mappa geodinamica dell’aggregazione del Gondwana alla scala 1:10 milioni che, presentata per la prima volta al XXX Congresso Geologico Internazionale, rappresenta un tentativo di sintesi delle varie ipotesi evolutive, proposte cui hanno contribuito 67 coautori di 11 differenti paesi: partendo dal break-up di Rodinia e passando attraverso la riorganizzazione del movimento delle placche litosferiche prodotto dagli eventi orogenici PanAfricani–Brasiliani, si arriva al Gondwana. Le maggiori difficoltà sorgono a causa della carenza di dati geocronologici e di poli paleomagnetici affidabili per differenti elementi del Rodinia [Powell et al., 1993], cosa che rende difficile elaborare modelli che seguano le modalità della tettonica globale. Ne derivano grosse incertezze nell’individuazione del numero di placche presenti e nel definire la distribuzione dei cratoni periferici attorno al Laurentia (Nordamerica e Groenlandia) che avrebbe avuto una posizione centrale nel Rodinia durante il Neoproterozoico. Anche attorno all’Antartide orientale potrebbero essersi legati altri blocchi cratonici nel corso dell’episodio Grenvilliano [Stump, 1999]. Infatti, il margine del cratone dell’Antartide orientale include l’area settentrionale delle Montagne del Principe Carlo che, tradizionalmente considerate come parte di un’estesa cintura orogenica Neoproterozoica (1.400–900 Ma), sono state correlate con cinture metamorfiche di età simile in India, parti dell’Africa orientale, dello Sri Lanka e dell’Australia: si ritiene che queste cinture rappresentino un sistema di accrezione che ha portato alla formazione del Gondwana orientale durante la crescita ed il consolidamento di Rodinia.

Oggi

Lo studio geologico dell’Antartide è stato fortemente ostacolato dal fatto che quasi tutto il continente è permanentemente coperto da uno spesso strato di ghiaccio. Tuttavia, nuove tecniche come il telerilevamento, il radar che penetra nel terreno e le immagini satellitari hanno iniziato a rivelare le strutture sotto il ghiaccio.

Geologicamente, l’Antartide occidentale ricorda da vicino la catena montuosa delle Ande in Sud America. La Penisola Antartica fu formata dal sollevamento e dal metamorfismo dei sedimenti dei fondali marini durante il tardo Paleozoico e le prime ere del Mesozoico . Questo sollevamento di sedimenti è stato accompagnato da intrusioni ignee e vulcanismo . Le rocce più comuni nell’Antartide occidentale sono andesite e vulcaniche riolite formatesi durante il periodo Giurassico. Ci sono anche prove di attività vulcanica, anche dopo la formazione della calotta glaciale, in Marie Byrd Land e Alexander Island. L’unica area anomala dell’Antartide occidentale è la regione di Ellsworth Mountains, dove la stratigrafia è più simile all’Antartide orientale.

L’Antartide orientale è geologicamente variegata, risalente all’era Precambriana , con alcune rocce formatesi oltre 3 miliardi di anni fa. È composto da una piattaforma metamorfica e ignea che è la base dello scudo continentale . In cima a questa base ci sono carbone e varie rocce moderne, come arenarie , calcari e scisti deposte durante il periodo Devoniano e Giurassico per formare le Montagne Transantartiche . Nelle zone costiere come Shackleton Range e Victoria Land si sono verificati alcuni errori .

La principale risorsa mineraria conosciuta nel continente è il carbone. Fu registrato per la prima volta vicino al ghiacciaio Beardmore da Frank Wild sulla spedizione Nimrod , e ora il carbone di bassa qualità è conosciuto in molte parti delle Montagne Transantartiche. Le montagne del Principe Charles contengono importanti depositi di minerale di ferro. Le risorse più preziose dell’Antartide si trovano al largo, vale a dire i giacimenti di petrolio e gas naturale trovati nel Mare di Ross nel 1973. Lo sfruttamento di tutte le risorse minerarie è vietato fino al 2048 dal Protocollo sulla protezione ambientale al Trattato Antartico.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Stonehouse, B., ed. (Giugno 2002). Enciclopedia dell’Antartide e degli Oceani meridionali . John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-98665-2
  2. Smith, Nathan D .; Pol, Diego (2007). “Anatomia di un dinosauro sauropodomorfo basale appartenente all’antica formazione giurassiana di Hanson in Antartide” (PDF) . Acta Palaeontologica Polonica . 52 (4): 657-674.
  3. Leslie, Mitch (dicembre 2007). “Le strane vite dei dinosauri polari” . Magazine Smithsonian . Archiviato dall’originale il 30 gennaio 2008 . Estratto il 24 gennaio 2008 .
  4. Bornemann, Norris RD, Friedrich O, Beckmann B, Schouten S, Damsté JS, Vogel J, Hofmann P, Wagner T., prova isotopica della glaciazione durante la supergreenhouse del Cretaceo. Scienza. 8 gennaio 2008; 319 (5860): 189-92. doi : 10.1126 / science.1148777 .
  5. Reinhold, Robert (21 marzo 1982). “L’Antartide produce il primo fossile di mammiferi terrestri” . New York Times .
  6. “I nuovi dati sulla CO2 aiutano a svelare i segreti della formazione antartica” . Physorg.com. Archiviato dall’originale il 15 luglio 2011 . Estratto il 26 luglio 2011 .
  7. DeConto, Robert M .; Pollard, David (16 gennaio 2003). “Rapida glaciazione Cenozoica dell’Antartide indotta dalla diminuzione della CO 2 atmosferica ” . Natura . 421 (6920): 245-9. Bibcode : 2003Natur.421..245D . doi : 10.1038 / natura01290 . PMID  12529638 . Estratto 19 ottobre 2009 .
  8. Trewby, Mary, ed. (Settembre 2002). Antartide: un’enciclopedia da Abbott Ice Shelf a Zooplankton . Libri di Firefly. ISBN 978-1-55297-590-9.
  9. Retallack, GJ; Krull, ES; Bockheim, JG (2001). “Nuovi motivi per rivalutare il paleoclima del gruppo Sirius”. Journal of the Geological Society, Londra . 158 (6): 925-35. Bibcode : 2001JGSoc.158..925R . doi : 10.1144 / 0016-764901-030 .
  10. Stefi Weisburd (marzo 1986). “Una foresta cresce in Antartide (una vasta foresta può essere fiorita circa 3 milioni di anni fa)” . Notizie scientifiche . Estratto il 2 novembre 2012.

 

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