Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta nell’agosto 2014 ed è stato aggiornato per includere nuove ricerche pubblicate da allora. Questo articolo è uno di una serie in due parti sulle temperature passate, tra cui come caldo la Terra è stata “ultimamente.”

Il nostro pianeta di 4,54 miliardi di anni ha probabilmente sperimentato le sue temperature più calde nei suoi primi giorni, quando era ancora in collisione con altri detriti rocciosi (planetesimali) che si aggiravano attorno al sistema solare. Il calore di queste collisioni avrebbe mantenuto la Terra fusa, con temperature top-of-the-atmosfera verso l’alto di 3.600° Fahrenheit.

Anche dopo quei primi torridi millenni, tuttavia, il pianeta è stato spesso molto più caldo di quanto non sia ora. Uno dei periodi più caldi fu durante il periodo geologico noto come Neoproterozoico, tra 600 e 800 milioni di anni fa. Anche le condizioni erano spesso soffocanti tra 500 milioni e 250 milioni di anni fa. E negli ultimi 100 milioni di anni, si sono verificati due importanti picchi di calore: la Serra calda del Cretaceo (circa 92 milioni di anni fa) e il massimo termico Paleocene-Eocene (circa 56 milioni di anni fa).

Cartone animato di Emily Greenhalgh, NOAA Climate.gov.

Storia della temperatura calda

I record di termometri e stazioni meteorologiche esistono solo per una piccola parte della vita del nostro pianeta lunga 4,54 miliardi di anni. Studiando indizi indiretti-le firme chimiche e strutturali di rocce, fossili e cristalli, sedimenti oceanici, barriere coralline fossilizzate, anelli degli alberi e carote di ghiaccio—tuttavia, gli scienziati possono dedurre le temperature passate.

Nessuna di queste tecniche aiuta con la Terra molto presto. Durante il tempo conosciuto come Hadean (sì, perché era come Ade), le collisioni della Terra con altri grandi planetesimi nel nostro giovane sistema solare—incluso uno di dimensioni di Marte il cui impatto con la Terra probabilmente ha creato la Luna-si sarebbero sciolte e vaporizzate la maggior parte delle rocce in superficie. Poiché nessuna roccia sulla Terra è sopravvissuta da così tanto tempo fa, gli scienziati hanno stimato le prime condizioni della Terra sulla base di osservazioni della Luna e su modelli astronomici. Dopo la collisione che ha generato la Luna, il pianeta è stato stimato essere stato intorno a 2.300 Kelvin (3.680°F).

Come potrebbe essere stata la collisione che ha generato la Luna terrestre. Le collisioni tra Terra e detriti rocciosi nel primo sistema solare avrebbero mantenuto la superficie fusa e le temperature superficiali vesciche. Immagine per gentile concessione della NASA.

Anche dopo che le collisioni si sono fermate e il pianeta ha avuto decine di milioni di anni per raffreddarsi, le temperature superficiali erano probabilmente più di 400° Fahrenheit. I cristalli di zircone dall’Australia, solo circa 150 milioni di anni più giovani della Terra stessa, suggeriscono che il nostro pianeta potrebbe essersi raffreddato più velocemente di quanto gli scienziati pensassero in precedenza. Tuttavia, nella sua infanzia, la Terra avrebbe sperimentato temperature molto più alte di quanto noi umani potremmo sopravvivere.

Ma supponiamo di escludere gli anni violenti e roventi in cui la Terra si è formata per la prima volta. Quando altro ha la superficie della Terra soffocata?

Scongelamento del congelatore

Tra 600 e 800 milioni di anni fa—un periodo di tempo che i geologi chiamano il Neoproterozoico—le prove suggeriscono che la Terra ha subito un’era glaciale così fredda che le lastre di ghiaccio non solo hanno ricoperto le latitudini polari, ma potrebbero essersi estese fino al livello del mare vicino all’equatore. Riflettendo sempre più luce solare nello spazio mentre si espandevano, le lastre di ghiaccio raffreddavano il clima e rafforzavano la loro crescita. Ovviamente, la Terra non è rimasta bloccata nel congelatore, quindi come si è scongelato il pianeta?

Anche mentre le lastre di ghiaccio coprivano sempre più la superficie terrestre, le placche tettoniche continuavano ad andare alla deriva e a scontrarsi, quindi anche l’attività vulcanica continuò. I vulcani emettono il gas serra anidride carbonica. Nel nostro attuale mondo, per lo più privo di ghiaccio, gli agenti atmosferici naturali della roccia di silicato per pioggia consumano anidride carbonica su scale temporali geologiche. Durante le condizioni gelide del Neoproterozoico, le precipitazioni divennero rare. Con vulcani sfornare anidride carbonica e poca o nessuna pioggia alle rocce meteo e consumare il gas serra, temperature salito.

Quali prove hanno gli scienziati che tutto questo è realmente accaduto circa 700 milioni di anni fa? Alcune delle migliori prove sono i “carbonati di cap” che si trovano direttamente sui depositi glaciali dell’età neoproterozoica. I carbonati di Cap-strati di roccia ricca di calcio come il calcare-si formano solo in acqua calda.

formazione rocciosa in Namibia, che mostra un tipo di roccia che si forma solo in acqua calda (cap dolomie) situato direttamente a più di un tipo di confusa, roccia sedimentaria, datato a 635 milioni di anni fa, che si trova comunemente al margine dei ghiacciai (diamictite). Immagine da insegnamento diapositive disponibile SnowballEarth.org.

Il fatto che questi spessa, ricca di calcio strati di roccia sat direttamente sulla parte superiore della roccia depositi lasciati dai ghiacciai in ritirata indicano che le temperature sono aumentate notevolmente verso la fine del Neoproterozoic, forse raggiungendo una media globale superiore a 90° Fahrenheit. (La media globale di oggi è inferiore a 60°F.)

L’Artico tropicale

Un progetto Smithsonian Institution ha cercato di ricostruire le temperature per l’Eone fanerozoico, o all’incirca l’ultimo mezzo miliardo di anni. I risultati preliminari rilasciati in 2019 hanno mostrato temperature calde che dominano la maggior parte di quel tempo, con temperature globali che superano ripetutamente gli 80°F e persino i 90°F—troppo calde per lastre di ghiaccio o ghiaccio marino perenne. Circa 250 milioni di anni fa, intorno all’equatore del supercontinente Pangea, faceva persino troppo caldo per le paludi di torba!

Geologi e paleontologi hanno scoperto che, negli ultimi 100 milioni di anni, le temperature globali hanno raggiunto il picco due volte. Un picco era la serra calda del Cretaceo circa 92 milioni di anni fa, circa 25 milioni di anni prima che gli ultimi dinosauri della Terra si estinguessero. L’attività vulcanica diffusa potrebbe aver potenziato l’anidride carbonica atmosferica. Le temperature erano così alte che i champsosauri (rettili simili a coccodrilli) vivevano a nord fino all’Artico canadese, e le foreste a temperatura calda prosperavano vicino al Polo Sud.

Un altro periodo di serra fu il Massimo termico Paleocene-Eocene (PETM) circa 55-56 milioni di anni fa. Anche se non così caldo come la serra del Cretaceo, il PETM ha portato temperature in rapido aumento. Durante gran parte del Paleocene e del primo Eocene, i poli erano privi di calotte glaciali, e palme e coccodrilli vivevano sopra il Circolo Polare artico.

Intorno al periodo del Massimo termico Paleocene-Eocene, gran parte degli Stati Uniti continentali aveva un ambiente sub-tropicale. Questa palma fossile è da Fossil Butte National Monument, Wyoming. Immagine gentilmente concessa dal Servizio del Parco Nazionale degli Stati Uniti.

Durante il PETM, la temperatura media globale sembra essere aumentata di ben 5-8°C (9-14°F) a una temperatura media fino a 73°F. (Ancora una volta, la media globale di oggi è timida di 60°F.) All’incirca nello stesso periodo, i dati paleoclimatici come il fitoplancton fossilizzato e i sedimenti oceanici registrano un massiccio rilascio di anidride carbonica nell’atmosfera, almeno raddoppiando o forse addirittura quadruplicando le concentrazioni di fondo.

Le temperature degli oceani profondi erano generalmente elevate durante il Paleocene e l’Eocene, con un picco particolarmente caldo al confine tra le due epoche geologiche circa 56 milioni di anni fa. Le temperature nel lontano passato sono dedotte dai proxy (rapporti isotopici dell’ossigeno dai foraminiferi fossili). Il calcolo delle temperature prima di 35 milioni di anni fa (rosso) presuppone un oceano privo di ghiaccio e non si applica a condizioni più recenti (grigio). “Q” stand di Quarternary. Grafico di Hunter Allen e Michon Scott, utilizzando i dati del NOAA National Climatic Data Center, per gentile concessione di Carrie Morrill.

È ancora incerto da dove provenisse tutta l’anidride carbonica e quale fosse la sequenza esatta degli eventi. Gli scienziati hanno considerato il prosciugamento di grandi mari interni, l’attività vulcanica, lo scongelamento del permafrost, il rilascio di metano dal riscaldamento dei sedimenti oceanici, enormi incendi e persino—brevemente—una cometa.

Come niente che abbiamo mai visto

I periodi più caldi della Terra—l’Hadean, il tardo Neoproterozoico, la serra calda del Cretaceo, il PETM—si sono verificati prima che esistessero gli umani. Quei climi antichi sarebbero stati come niente la nostra specie ha mai visto.

La civiltà umana moderna, con la sua agricoltura permanente e gli insediamenti, si è sviluppata negli ultimi 10.000 anni o giù di lì. Il periodo è stato generalmente caratterizzato da basse temperature e relativa stabilità climatica globale (se non regionale). Rispetto alla maggior parte della storia della Terra, oggi è insolitamente freddo; ora viviamo in quello che i geologi chiamano un interglaciale—un periodo tra le glaciazioni di un’era glaciale. Ma poiché le emissioni di gas serra riscaldano il clima della Terra, è possibile che il nostro pianeta abbia visto la sua ultima glaciazione per molto tempo.

British Geological Survey. Greenhouse Earth – la storia di antichi cambiamenti climatici. Accesso al 13 giugno 2020.

Engber, D. (2012, 5 luglio). Qual è il più caldo che la Terra abbia mai ottenuto?nel 2018 è stato pubblicato il primo album in studio della band, “The World”, pubblicato nel 2018. Un clima serra cambriano precoce. La scienza avanza, 4 (5), easar5690.

Hoffman, P. F. (2009). Palla di neve Terra. Accesso 4 febbraio 2014.

Hoffman, PF, Schrag, PD (2002). The snowball Earth hypothesis: testare i limiti del cambiamento globale. Terra Nova. 14(3), 129-155.nel 2018 è stato pubblicato il primo album in studio del gruppo. L’ascesa e la caduta del clima caldo serra cretaceo. Cambiamento globale e planetario, 167, 1-23.

Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC). (2013). IPCC Fifth Assessment Report-Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Sintesi per i responsabili politici.

Klages, J. P., Salzmann, U., Bickert, T., Hillenbrand, C., D., Gohl, K., Kuhn, G., Bohaty, S. M., Titschack, J. Müller, J., Frederichs, T., Bauersachs, T., Ehrmann, W. van de Flierdt, T., Pereira, P. S., Larter, R. D., Lohmann, G., Niezgodzki, I., Uenzelmann-Neben, G., … Dziadek, R. (2020). Foreste pluviali temperate vicino al Polo Sud durante il picco di calore cretaceo. Natura, 580 (7801), 81-86.

Lindsey, R. (2006, 1 marzo). I cristalli antichi suggeriscono l’oceano precedente. NASA Earth Observatory. Accesso 4 febbraio 2014.

McInerney, F. A., & Wing, S. L. (2011). Il massimo termico Paleocene-Eocene: una perturbazione del ciclo del carbonio, del clima e della biosfera con implicazioni per il futuro. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39(1), 489-516.

Paleoclimatologia: come possiamo dedurre i climi passati? Microbial Life Educational Resources, Montana State University. Accesso al 9 giugno 2020.

Retallack, GJ (2013). Crisi di serra del permiano e del Triassico. Ricerca Gondwana, 24(1), 90-103.

Royer, D. L., Berner, R. A., Montañez, I. P., Tabor, N. J., Beerling, D. L. (2004). CO2 come motore primario del clima fanerozoico. GSA Oggi, 14 (3), 4-10.

Scientific American Frontiers. (19 dicembre 2000). Congelamento profondo. Accesso 4 febbraio 2014.

Sonno, N. H. (2010). L’ambiente Hadean-Archaean. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2 (6). doi: 10.1101 / cshperspect.a002527

Sun, Y., Joachimski, M. M., Wignall, P. B., Yan, C., Chen, Y., Jiang, H., Wang, L., Lai, X. (2012). Temperature letalmente calde durante la serra del Triassico. Scienza, 338(6105), 366-370.

Paleoclima terrestre. Gradienti latitudinali dell’Eocene. Scuola di Scienze della Terra della Stanford University. Accesso 4 febbraio 2014.

Museo di Paleontologia dell’Università della California. L’Eone archeano e l’Hadeano e l’Eocene. Accesso 4 febbraio 2014.

Voosen, P. (2019). Il progetto ripercorre 500 milioni di anni di clima sulle montagne russe. Scienza, 364 (6442), 716-717.