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Impatto Chicxulub: i segni nel sottosuolo da 66 milioni di anni

L’evento di impatto di Chicxulub è stato un’enorme catastrofe che ha lasciato un’impronta enorme sulla superficie terrestre. Non solo ha causato l’estinzione di massa dei dinosauri, ma anche un cratere di 180 km di diametro e ha depositato uno strato di iridio concentrato su tutta la crosta terrestre.

Ma un nuovo studio mostra che l’impatto ha anche lasciato il segno nel sottosuolo, sotto forma di un vasto sistema idrotermico che ha modificato una massiccia porzione della crosta terrestre.

L’impatto di Chicxulub è stato catastrofico per la vita sulla Terra. Quando quell’enorme cometa  o asteroide colpì la Terra, mise in moto una catena di eventi che cambiarono la storia del pianeta.

Penetrò per circa 20 km nella crosta terrestre. Creò un enorme tsunami, accese incendi in tutto il mondo e inviò enormi quantità di materiale nell’atmosfera. A causa del suo impatto e la natura del sito ricca di carbonio e zolfo, l’atmosfera si intasò di fuliggine stratosferica e aerosol di solfati. Quei materiali restarono nell’atmosfera, soffocando la fotosintesi e originarono un raffreddamento globale che spazzò via circa il 75% delle specie terrestri, inclusi tutti i dinosauri non aviari.

Cratere Chicxulub in Messico. Credito: Wikipedia / NASA
Cratere Chicxulub in Messico. Credito: Wikipedia / NASA

Ma nascosto alla vista, nel profondo sottosuolo, si osserva sistema idrotermale creato dall’impatto. La natura di quel sistema ora sta venendo alla luce.

Un nuovo studio presenta i dettagli di questo sistema sotterraneo. Si intitola ” Sondare il sistema idrotermale del cratere da impatto Chicxulub .” L’autore principale dello studio è David Kring presso il Lunar and Planetary Institute (LPI). L’articolo è pubblicato sulla rivista Science Advances .

Il cratere Chicxulub è la struttura di grande impatto meglio conservata sulla Terra. È stato studiato, anche nel 2016, quando un team di ricercatori ha esaminato campioni del fondo oceanico nel sito di impatto, raccolti da una piattaforma di perforazione. Alcuni di questi campioni provenivano da 1335 metri sotto il fondale marino. Ciò faceva parte dell’International Ocean Discovery Program (IODP).

La ricerca pubblicata mostra come si si è formato l’anello del cratere di Chicxulub e mostra lo spostamento delle rocce, dove il substrato roccioso di granito più profondo viene posizionato sopra le rocce sedimentarie dall’energia dell’impatto. Numerosi altri studi derivarono dal lavoro di IODP.

Il team  si è concentrato sullo studio della modifica chimica e termica della roccia nel sito di impatto. Ha dedotto che l’evento di impatto di Chicxulub ha creato un vasto sistema idrotermale sotterraneo, più grande della Caldera di Yellowstone, (attivo da oltre 150.000 anni).

“Immagina una caldera sottomarina come quella di Yellowstone, ma ancora più grande e prodotta dall’incredibile impatto che ha portato all’estinzione dei dinosauri”, ha dichiarato l’autore principale Kring in un comunicato stampa.

Alcuni crateri da impatto, tra cui Chicxulub, creano un anello di picco (peak ring), una catena montuosa rialzata all’interno del bordo del cratere. Gli anelli di picco sono sollevati dalla forza di rimbalzo dell’impatto e sono composti da roccia fratturata. Nel caso di Chicxulub la roccia è di granito, sollevata da una profondità di 10 km nella crosta terrestre.

La forza dell’impatto e il sollevamento hanno quindi causato la frattura. Il peak ring è ulteriormente coperto di detriti da impatto e risulta fratturato e permeabile.  Sia i detriti superficiali che la crosta sollevata sono stati sottoposti agli effetti del sistema idrotermico.

I ricercatori hanno trovato prove di fiumi sotterranei d’acqua surriscaldati dall’impatto e spinti verso l’alto. Questi fiumi sotterranei sono situati nel confine tra il fondo del cratere e il fondo dell’oceano.

L’acqua riscaldata incontrò una pozza di magma di 3 km creata dall’impatto, chiamata vasca di fusione centrale. L’acqua non riuscì a penetrare il magma e venne forzata nei bordi. Quindi filtrò tutta la roccia fratturata e venne espulsa nel mare.

Una sezione tridimensionale del sistema idrotermale nel cratere da impatto Chicxulub e le sue prese d'aria sul fondo del mare. Il sistema ha il potenziale per ospitare la vita microbica. Illustrazione di Victor O. Leshyk per il Lunar and Planetary Institute.
Una sezione tridimensionale del sistema idrotermale nel cratere da impatto Chicxulub e le sue prese d’aria sul fondo del mare. Il sistema potenzialmente potrebbe ospitare la vita microbica. Illustrazione di Victor O. Leshyk per il Lunar and Planetary Institute.

L’attività dell’acqua calda è stata particolarmente intensa vicino all’anello di picco del cratere. L’anello di picco ha un diametro di 90 km. Il team ha esaminato i campioni di roccia scoprendo che l’anello è ricoperto da condotti idrotermali fossilizzati.

Mentre l’acqua surriscaldata scorreva attraverso questi condotti, 66 milioni di anni fa, l’acqua depositò quasi due dozzine di diversi tipi di minerali sulle pareti di questi condotti, sostituendo i minerali originali.

Le superfici segate ed esposte dei campioni dal sistema idrotermico che mostrano campioni idrotermici, cavità di dissoluzione e altre caratteristiche. Credito d'immagine: Kring et al, 2020.
Le superfici segate ed esposte dei campioni dal sistema idrotermico che mostrano canali idrotermali, cavità di dissoluzione e altre caratteristiche. Credito d’immagine: Kring et al, 2020.

“L’alterazione del fluido caldo è stata più vigorosa nei detriti da impatto permeabili, ma i cristalli di granito, che indicano alte temperature, sono stati trovati a diversi livelli in tutto il nucleo”, ha spiegato LPI Martin Schmieder.

“Durante la formazione questi minerali sembrano aver generato cambiamenti nel campo magnetico terrestre .” Sonia Tikoo, coautore, Università di Stanford

I vari minerali hanno insegnato molto ai ricercatori sul sistema idrotermico. La temperatura dell’acqua doveva essere compresa tra 300 C e 400 C. Quanta energia termica avrebbe impiegato molto tempo a dissiparsi. I ricercatori hanno utilizzato la polarità magnetica dei minerali per creare una sorta di “orologio a polarità geomagnetica” che misura il tempo di raffreddamento.

Un'immagine dallo studio che mostra minerali idrotermicamente alterati nel campione centrale. Le immagini provengono dalla parte più bassa del nucleo (in alto a sinistra) alla parte più profonda del nucleo (in basso a destra). C è la Na-dachiardite rossa, un minerale presente nei sistemi idrotermali di tutto il mondo, tra cui la Caldera di Yellowstone. Per descrizioni più dettagliate, consultare lo studio. Credito d'immagine: Kring et al, 2020.
Un’immagine dallo studio che mostra minerali idrotermicamente alterati nel campione centrale. Le immagini provengono dalla parte più bassa del nucleo (in alto a sinistra) alla parte più profonda del nucleo (in basso a destra). C è la Na-dachiardite rossa, un minerale presente nei sistemi idrotermali di tutto il mondo, tra cui la Caldera di Yellowstone. Per descrizioni più dettagliate, consultare lo studio. Credito d’immagine: Kring et al, 2020.

“I risultati indicano che nel cratere Chicxulub vennero creati minuscoli minerali magnetici a causa delle reazioni chimiche prodotte da un sistema idrotermico di lunga durata.

Questi minerali sembrano aver registrato cambiamenti del campo magnetico terrestre durante la loro formazione. Le loro memorie magnetiche suggeriscono che l’attività idrotermale all’interno del cratere è persistita per almeno 150.000 anni “, afferma la coautrice Sonia Tikoo dell’Università di Stanford.

C’è anche un sedimento oceanico nel sito di impatto che è insolitamente ricco di manganese. I ricercatori sottolineano che questa è ancora una prova della presenza di un sistema idrotermico di lunga durata.

“Simile alle creste dell’oceano centrale, lo sfiato dai crateri da impatto marino genera pennacchi idrotermici che contengono manganese disciolto e lentamente ossidante, che rispetto alle concentrazioni di fondo ha prodotto arricchimenti fino a dieci volte nei sedimenti post-impatto per oltre 2,1 milioni di anni a Chicxulub”, ha affermato la co-autore Axel Wittmann dell’Arizona State University.

Questa ricerca si basa su un campione single core dell’anello di picco, denominato pozzo trivellato M0077A. Queste sono ancora delle prove, delle conseguenze geologiche dell’impatto Chicxulub. Il team afferma che le loro scoperte  hanno alcune potenziali implicazioni sulle origini della vita (ipotesi).

“La vita potrebbe essersi evoluta in un cratere da impatto”. David Kring, autore principale, Lunar and Planetary Institute

Come sottolinea l’autore principale Kring, “I risultati suggeriscono che ci fosse una serie di circa 300 chilometri di prese d’aria calda sull’anello di picco e ulteriori prese d’aria sparse sul fondo del cratere durante il raffreddamento. È importante sottolineare che tali sistemi idrotermali possono aver fornito un habitat per la vita microbica. ”

Precedenti ricerche su Chicxulub hanno permesso agli scienziati di sviluppare un modello di evoluzione idrotermale. Questo nuovo studio ha testato quel modello con un foro nell'anello di picco a circa 40 km dal centro del cratere. Contorni termici di 25 °, 50 °, 100 °, 200 °, 300 °, 600 °, 900 ° e 1200 ° C illustrano la posizione del pool di fusione centrale (lato sinistro del diagramma) e l'effetto termico sotto l'anello di picco (al centro del diagramma). La temperatura diminuisce con la distanza ma è ancora ~ 300 ° C nel punto corrispondente alla base del pozzo Expedition 364. Questa immagine rappresenta il sistema idrotermico 4000 anni dopo l'impatto. Credito d'immagine: Kring et al, 2020.
Precedenti ricerche su Chicxulub hanno permesso agli scienziati di sviluppare un modello di evoluzione idrotermale. Questo nuovo studio ha testato quel modello con un foro nell’anello di picco a circa 40 km dal centro del cratere. Contorni termici di 25 °, 50 °, 100 °, 200 °, 300 °, 600 °, 900 ° e 1200 ° C illustrano la posizione del pool di fusione centrale (lato sinistro del diagramma) e l’effetto termico sotto l’anello di picco (al centro del diagramma). La temperatura diminuisce con la distanza ma è ancora ~ 300 ° C nel punto corrispondente alla base del pozzo Expedition 364. Questa immagine rappresenta il sistema idrotermico 4000 anni dopo l’impatto. Credito d’immagine: Kring et al, 2020.

Nel loro articolo gli autori scrivono che “I risultati della perforazione dimostrano che vi erano habitat sufficienti per microrganismi all’interno dell’anello di picco del cratere Chicxulub. Il sistema idrotermale ha creato una rete di nicchie porose e permeabili perfette per gli ecosistemi microbici. ”

La ricerca sugli estremofili ci ha delucidato sul fatto che la vita può prosperare e persino derivare da ambienti estremi. Il confronto tra la Caldera di Yellowstone e il sistema idrotermale Chicxulub ha un senso cruciale. Il sistema idrotermale di Yellowstone contiene infatti un’abbondante vita microbica.

Poichè il sistema Yellowstone sia stato creato vulcanicamente, mentre il sistema Chicxulub è stato creato per impatto, la coppia di sistemi è simile e contiene lo stesso potenziale biologico per la vita.

Questa illustrazione dello studio mostra come l'acqua e il vapore si sono mossi attraverso il sistema idrotermico. Il flusso idrotermale è particolarmente vigoroso adiacente alla piscina di fusione, in prossimità dell'anello di picco. L'acqua e il vapore non penetrano nella vasca di fusione centrale fino a quando non si è cristallizzata. Rappresenta il sistema 4000 anni dopo l'impatto. Credito d'immagine: Kring et al, 2020.
Questa illustrazione dello studio mostra come l’acqua e il vapore si sono mossi attraverso il sistema idrotermico. Il flusso idrotermale è particolarmente vigoroso adiacente alla piscina di fusione, in prossimità dell’anello di picco. L’acqua e il vapore non penetrano nella vasca di fusione centrale fino a quando non si è cristallizzata. Rappresenta il sistema 4000 anni dopo l’impatto. Credito d’immagine: Kring et al, 2020.

Come spiega Kring, “Dal nostro studio risulta che la vita potrebbe essersi anche evoluta in un cratere da impatto. ”

La scoperta di questo sistema idrotermico massiccio e di lunga durata potrebbe cambiare la nostra comprensione di come la vita venne creata sulla Terra. Gli scienziati sanno che vi furono migliaia di impatti simili nella profonda storia geologica della Terra. I sistemi idrotermali formati potrebbero essere state le nicchie della vita.

In conclusione gli autori hanno scritto: “Il crateraggio a impatto è un motore termico di fondamentale importanza nei sistemi planetari emergenti e il cratere geologicamente giovane Chicxulub è un analogo. I sistemi idrotermici generati dagli impatti furono caratteristiche importanti sulla Terra primitiva fin da 4 miliardi di anni fa e dunque in quel periodo l’acqua già esista sulla crosta planetaria. ”

“Questo modello è trasferibile su qualsiasi altro sistema esoplanetario con condizioni simili”. Forse dovremmo cercare esopianeti con crateri a impatto antico se vogliamo trovare la vita.

Scoperta del cratere di Chicxulub

Nei primi anni novanta, Alan R. Hildebrand, dottorando dell’University of Arizona, visitò Beloc, un piccolo villaggio di montagna nell’isola di Haiti. Stava investigando alcuni depositi dell’epoca estinzione del cretaceo-terziario che includevano spessi depositi di roccia frammentata e disarrangiata, apparentemente rimossi da un certo luogo e violentemente proiettati e poi depositati ovunque da un gigantesco tsunami molto probabilmente provocato dall’impatto di un piccolo corpo celeste.

Questi depositi sono in molte località attorno al globo, ma si concentrano nei Caraibi. Hildebrand scoprì un tipo di ghiaia verdastro-marrone contenente un eccesso di iridio, che mostrava anche piccoli granuli di quarzo sottoposti a stress termico-pressorio e piccole sferule di silicio vetrificato che sembravano essere tectiti.

Lui ed il suo tutor universitario William V. Boynton pubblicarono i risultati della loro ricerca, suggerendo non solo che i depositi fossero il risultato di un impatto asteroidale sulla Terra, ma anche che l’impatto non potesse essere stato distante più di 1 000 chilometri.

cratere di Chicxulub
Carta delle anomalie gravimetriche della Penisola dello Yucatán – In bianco la linea di costa (immagine fornita da NASA/JPL-Caltech)

Tale circostanza, dal momento che nessun cratere di alcun tipo era noto nel bacino dei Caraibi, risultò di particolare interesse. Hildebrand e Boynton riportarono la loro scoperta ad una conferenza geologica internazionale, suscitando un vivo interesse.

Indizi basati sulla densità del materiale eiettato segnalavano la possibile ubicazione dei crateri d’impatto al largo della costa nord della Colombia oppure vicino all’angolo occidentale di Cuba.

Infine Carlos Byars, un reporter del Houston Chronicle, contattava Hildebrand e gli diceva che un geofisico noto come Glen Penfield aveva scoperto quello che poteva essere il cratere da impatto nel 1978, sepolto nella parte nord della penisola dello Yucatán.

In quell’anno, Penfield aveva lavorato per la Petroleos Mexicanos (PEMEX, la compagnia petrolifera di Stato messicana), come un membro dello staff per la scansione magnetica aerea della penisola dello Yucatán.

Quando Penfield esaminò i dati della scansione, vi trovò anche un netto e gigantesco “arco” sotterraneo nei dati magnetici colmi di rumore di fondo che venivano elaborati. Questo arco, con i suoi estremi che puntavano a sud, presente nel fondo del mare dei Caraibi al largo dello Yucatán non era concordante con quello che ci si poteva aspettare dalla geologia nota della regione.

Penfield ne fu intrigato, e riuscì ad ottenere una carta delle variazioni di campo gravitazionale nello Yucatán che era stata eseguita negli anni sessanta e che giaceva impolverata negli archivi della PEMEX. Trovò un altro arco, ma quest’ultimo era nell’entroterra della penisola dello Yucatán, ed i suoi estremi puntavano a nord. Mise a confronto le due mappe e riscontrò che i due archi si riunivano in un cerchio netto, largo 180 chilometri, con il suo centro nel villaggio di Chicxulub Puerto.

Penfield era un astronomo amatoriale ed aveva una buona idea di quello che cercava. Anche se la PEMEX non gli permise di pubblicare dati specifici, consentì sia a lui che al collega Antonio Camargo di presentare i loro risultati in una conferenza geologica del 1981.

Sfortunatamente, la conferenza quell’anno fu disertata, ironicamente, perché molti geologi seguivano un workshop sugli impatti cometari sulla Terra, e il loro rapporto attirò poca attenzione, anche se riuscì alla fine a giungere a Byars.

Penfield non si arrese. Sapeva che la PEMEX aveva perforato pozzi esplorativi in zona nel 1951. Uno dei pozzi aveva bucato uno spesso strato di roccia ignea nota come “andesite” a circa 1,3 chilometri di profondità.

Quella struttura poteva essere stata creata dall’intenso calore e pressioni di un impatto asteroidale sulla Terra, ma ai tempi delle perforazioni era stato liquidato come un “domo vulcanico”, anche se una caratteristica del genere risultava fuori posto nella geologia della regione.

Ulteriori studi dei core di roccia immagazzinati avrebbero risolto la questione, ma sfortunatamente molti di questi erano andati perduti nell’incendio di un magazzino nel 1979. Penfield prese un aereo per lo Yucatán per vedere se trovava qualcosa delle tailing (code) lasciate dalle teste di perforazione.

Questa sua idea non risultò proficua, ed in un caso Penfield scavò dentro una porcilaia comunale che era stata ubicata in un sito di deposito delle teste di perforazione, compito da lui stesso raccontato come “spiacevole e infruttuoso”.

Comunque, dopo che Hildebrand ebbe contattato Penfield, i due riuscirono a recuperare due campioni separati estratti dai pozzi perforati dalla PEMEX nel 1951. Le analisi mostrarono chiaramente materiali risultanti dallo shock e dal metamorfismo. Studi eseguiti da altri geologi sui frammenti di Beloc confermarono un impatto asteroidale.

I dati raccolti cominciavano ad essere convincenti, e le ricerche riguardo al cratere d’impatto ricevettero un ulteriore impulso quando un gruppo di ricercatori californiani, comprendente Kevin O. Pope, Adriana C. Ocampo, e Charles E. Duller, iniziò a studiare le immagini satellitari della regione.

Si scoprì che esisteva un anello quasi perfetto di sinkhole (doline) o cenotes (depressioni da subsidenza) centrati sulla località di Puerto Chicxulub che combaciavano perfettamente con l’anello che Penfield aveva trovato nei suoi dati. Questi sinkholes erano stati probabilmente causati dalla subsidenza delle pareti del cratere.

L’evidenza era sufficiente, ed ulteriori studi hanno accumulato molti indizi che indicano come il cratere avesse un diametro di 300 chilometri, e che l’anello di 180 km sia solo una “parete interna” (Sharpton & Marin, 1997).

In anni recenti sono stati scoperti alcuni altri crateri, aventi approssimativamente la stessa età di Chicxulub, tutti tra le latitudini di 20°N e 70°N. Alcuni sono il cratere Silverpit nel Mare del Nord, ed il Cratere Boltysh in Ucraina, entrambi molto più piccoli rispetto a Chicxulub, probabilmente causati da oggetti con dimensioni dell’ordine del centinaio di metri. Questo ha portato all’ipotesi che l’impatto di Chicxulub possa essere stato soltanto uno di una serie di impatti consecutivi avvenuti in un tempo ristretto.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Comunicato stampa: un calderone fumante segue la fine dei dinosauri
  2. Research Paper: sondare il sistema idrotermale del cratere da impatto Chicxulub
  3. Universo oggi: dinosauro che uccide l’asteroide colpito esattamente nel posto sbagliato
  4. Pope KO, Baines KH, Ocampo AC, Ivanov BA, Energy, volatile production, and climatic effects of the Chicxulub Cretaceous/Tertiary impact, in Journal of Geophysical Research, vol. 102, E9, 1997, pp. 21645-64, PMID11541145.
  5. Rojas-Consuegra, R., M. A. Iturralde-Vinent, C. Díaz-Otero y D. García-Delgado, Significación paleogeográfica de la brecha basal del Límite K/T en Loma Dos Hermanas (Loma Capiro), en Santa Clara, provincia de Villa Clara. I Convención Cubana de Ciencias de la Tierra., in GEOCIENCIAS, vol. 8, n. 6, 2005, pp. 1-9, ISBN959-7117-03-7.
  6. Sharpton VL, Marin LE, The Cretaceous-Tertiary impact crater and the cosmic projectile that produced it, in Annals of the New York Academy of Sciences, vol. 822, 1997, pp. 353-80, PMID11543120.
  7. Walter Alvarez, T. Rex e il cratere dell’apocalisse, Milano, Mondadori, 1998.
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Marini Agostino
Marini Agostino
10 Giugno 2020 8:12 AM

 

Marini Agostino
Marini Agostino
10 Giugno 2020 8:16 AM

molto interessante , si evidenziano i crateri ad anello secondari e il coinvolgimento degli strati del basamento della litosfera delle roccie profonde che risalgono

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