Picchi ricorrenti di fosforo marino durante grandi estinzioni di massa paleozoiche e cambiamenti climatici

Mari antichi e il mistero degli oceani morenti

Molto prima dei dinosauri, gli oceani della Terra subirono enormi morie che cancellarono la maggior parte delle specie marine. Gli scienziati sospettano da tempo che improvvise ondate del nutriente fosforo abbiano contribuito a guidare queste crisi, ma mancava un modo diretto per verificare cosa fosse realmente accaduto nelle acque marine. Questo studio sviluppa e applica una “capsula del tempo” chimica alle rocce antiche, rivelando brevi ma potenti picchi di fosforo che coincisero con due delle prime estinzioni di massa e con rapidi cambiamenti climatici.

Indizi nascosti nel fango e nella pietra oceanica

I ricercatori si sono concentrati su due estinzioni di massa dell’inizio del Paleozoico: l’evento del tardo Ordoviciano di circa 445 milioni di anni fa e l’evento del tardo Devoniano di circa 372 milioni di anni fa. Ognuno eliminò circa l’80 percento della vita marina ed è stato collegato a un forte raffreddamento globale e a cambiamenti dell’ossigeno oceanico. Per indagare la storia dei nutrienti, il team ha misurato piccolissime quantità di fosforo intrappolate nei minerali carbonatici, un segnale chiamato fosfato associato al carbonato, o CAP. Poiché il fosforo presente nell’acqua di mare viene incorporato nei carbonati in proporzione alla sua concentrazione, il CAP funziona come un’istantanea chimica dei livelli di nutrienti al momento in cui si formò ciascun strato roccioso.

Brevi ondate di nutrienti che si estesero in tutto il globo

Il team ha campionato sette sezioni rocciose distribuite su antichi continenti, includendo siti in Canada, Estonia, Cina meridionale, Australia occidentale e Nevada. Nonostante differenze nel tipo di roccia e nelle condizioni locali, i record CAP mostravano tutti lo stesso schema: livelli di fondo modesti di fosforo interrotti da picchi netti e di breve durata. Durante l’evento del tardo Ordoviciano, un chiaro picco di fosforo apparve proprio quando iniziò la seconda edizione più grave dell’estinzione. Durante l’evento del tardo Devoniano, due picchi di fosforo incorniciarono l’intervallo principale della moria. La coerenza di questi picchi in località lontane suggerisce che riflettano cambiamenti nell’oceano globale piuttosto che peculiarità locali dei sedimenti o alterazioni successive.

Collegare nutrienti, perdita di ossigeno e raffreddamento globale

Per capire cosa significassero queste ondate di fosforo per i sistemi terrestri, gli scienziati le hanno inserite in un modello numerico che simula come nutrienti, carbonio, ossigeno e clima interagiscono su milioni di anni. Nel modello, un apporto aggiuntivo di fosforo nell’oceano alimenta una forte crescita algale. Quando questa materia organica affonda e si decompone consuma ossigeno, espandendo le zone a basso contenuto di ossigeno sul fondale. Allo stesso tempo, una maggiore quantità di materiale organico viene sepolta nei sedimenti, sequestrando carbonio e riducendo gradualmente l’anidride carbonica atmosferica. I risultati sono una maggiore anossia oceanica e un raffreddamento globale di qualche grado, in accordo con prove indipendenti provenienti dagli isotopi di uraniumo e ossigeno e da scisti neri ricchi di materia organica nel registro roccioso.

Colpi di grazia diversi in oceani antichi diversi

Il timing delle pulsazioni di fosforo fornisce un quadro più sfumato di come si sono svolte queste crisi. Nel tardo Ordoviciano, la prima fase di estinzione avvenne mentre i livelli di fosforo erano ancora bassi, indicando che il raffreddamento glaciale e il calo del livello del mare furono i principali fattori iniziali. Il grande picco di fosforo arrivò più tardi e si allinea con segnali di perdita d’ossigeno più intensa e con la seconda ondata di estinzione, quando furono colpiti sia gli organismi bentonici sia quelli pelagici. Nel tardo Devoniano, al contrario, l’aumento del fosforo e l’espansione delle zone a basso ossigeno erano già in corso durante la prima crisi delle barriere coralline e raggiunsero il massimo poco prima dell’estinzione principale dei costruttori di scogliere, degli animali con conchiglia e dei pesci nuotatori. Una seconda ondata di fosforo seguì, apparentemente prolungando le condizioni sfavorevoli e rallentando il recupero degli ecosistemi anche senza una nuova puntata di estinzione.

Perché questa storia antica conta ancora oggi

Nel complesso, lo studio offre la prima evidenza globale e quantitativa che brevi ondate di fosforo spinsero ripetutamente gli oceani antichi verso la perdita di ossigeno, il raffreddamento climatico e il collasso ecologico. I risultati mostrano che i nutrienti erano potenti amplificatori più che semplici interruttori on/off, talvolta agendo insieme a raffreddamento e variazioni del livello del mare, e talvolta dettando il ritmo del recupero. Chiarendo quanto la vita marina sia sensibile a shock nutritivi anche relativamente brevi, questi episodi antichi forniscono un parallelo di avvertimento per le moderne zone morte costiere e per il carico di nutrienti di origine umana nei mari odierni.

Citazione: Dodd, M.S., Li, C., Zhang, Z. et al. Recurring marine phosphorus spikes during major palaeozoic mass extinctions and climate change. Nat Commun 17, 4481 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70701-y

Parole chiave: ciclo del fosforo, anossia oceanica, estinzione di massa, paleoceanografia, raffreddamento globale