El vínculo entre el vulcanismo de inundación masiva de basalto y la extinción masiva del final del Triásico (hace 201 millones de años) es comúnmente aceptado. Sin embargo, es difícil establecer exactamente cómo el vulcanismo condujo al colapso de los ecosistemas y a la extinción de familias enteras de organismos.
El cambio climático extremo, debido a la liberación de dióxido de carbono, la degradación de la capa de ozono debido a la inyección de productos químicos dañinos y las emisiones de contaminantes tóxicos, se consideran factores contribuyentes. Destaca un elemento tóxico:el mercurio. Como uno de los elementos más tóxicos de la Tierra, el Hg es un metal que los volcanes emiten en forma gaseosa y, por tanto, tiene la capacidad de propagarse por todo el mundo.
Un nuevo estudio en Nature Communications agrega nueva evidencia convincente de los efectos combinados del calentamiento global y la contaminación generalizada por mercurio que continuaron estresando a las plantas mucho después de que cesara la actividad volcánica.
Un equipo internacional de científicos holandeses, chinos, daneses, británicos y checos estudió sedimentos del norte de Alemania en un núcleo de perforación (Schandelah-1) que abarca desde el Triásico superior hasta el Jurásico inferior en busca de microfósiles y señales geoquímicas. Un estudio de la abundancia de polen y esporas reveló una profusión de esporas de helecho que mostraban una variedad de malformaciones, desde anomalías en la estructura de la pared hasta evidencia de divisiones meióticas fallidas, lo que llevó a esporas de helecho no separadas, enanas y fusionadas.
"Ver la gran cantidad y los diferentes tipos de esporas de helechos malformadas en muestras de sedimentos de una laguna costera, que datan de hace 201 millones de años, es realmente sorprendente. Significa que deben haber muchos helechos estresados", explica Remco Bos, Ph. .D. candidato de la Universidad de Utrecht y autor principal del estudio. "Tampoco es algo que veamos regularmente durante otros períodos que también contienen muchos fósiles de helechos, lo que lo convierte en una verdadera señal relacionada con el evento de extinción masiva del final del Triásico".
Deforestación y helechos
Los resultados de Bos y sus coautores confirman trabajos anteriores de los coautores Sofie Lindström (Universidad de Copenhague), Hamed Sanei (Universidad de Aarhus) y Bas van de Schootbrugge (Universidad de Utrecht), quienes previamente produjeron datos similares obtenidos de núcleos de Dinamarca. y de afloramientos cercanos en Suecia.
Según Sofie Lindström, "los helechos reemplazaron a los árboles durante el intervalo de extinción en respuesta a cambios ambientales dramáticos probablemente impulsados por el estrés por calor, el fuerte aumento de las lluvias monzónicas y el aumento de la actividad de los incendios forestales. Los resultados palinológicos muestran que la vegetación pionera de helechos se extendió por vastas franjas de tierras bajas costeras en el noroeste de Europa, desde Suecia y Dinamarca hasta Alemania, Francia, Luxemburgo y Austria, en respuesta a la deforestación generalizada."
Los helechos son plantas resistentes que a menudo colonizan ambientes perturbados, incluidas islas volcánicas recién formadas o paisajes devastados por vulcanismo o incendios forestales. "Lo extraordinario aquí es que los helechos que produjeron todas estas esporas malformadas en todos estos diferentes sitios no se extinguieron. Mientras que otras plantas se extinguieron, los helechos aparentemente eran lo suficientemente robustos como para continuar, lo que también podría estar relacionado con su diferente tolerancia al mercurio. "
En este nuevo estudio, Bos y sus coautores muestran que los helechos, que aprovecharon la muerte regresiva de los bosques, estuvieron sujetos al estrés de la contaminación por Hg mucho más allá del intervalo de extinción inmediata.
"Encontramos cuatro intervalos más con altas concentraciones de Hg y un gran número de esporas malformadas en los 1,3 a 2 millones de años posteriores al intervalo de extinción", explica Remco Bos. Este intervalo, conocido como Hettangiano, fue una época de continuas condiciones adversas en los océanos, con diversidades generalmente bajas entre los invertebrados marinos, como los amonites y los bivalvos. En tierra, sin embargo, la vegetación parecía haberse recuperado más rápido.
"Ahora demostramos que este ecosistema forestal siguió siendo perturbado repetidamente durante al menos 1,3 millones de años, pero quizás hasta 2 millones de años", explica Bos.
Es poco probable que los cuatro episodios adicionales de altas concentraciones de Hg y altas malformaciones de esporas de helechos estuvieran relacionados con fases posteriores del vulcanismo de la Provincia Magmática del Atlántico Central. En cambio, Bos y sus coautores muestran que estos períodos corresponden estrechamente al largo ciclo de excentricidad, la principal variación en la forma de la órbita de la Tierra que acerca o aleja la Tierra del Sol cada 405 mil años.
Durante los máximos de excentricidad, la Tierra se acerca al sol, lo que permite que llegue más luz solar a la superficie de la Tierra. Como la atmósfera de la Tierra ya estaba sobrealimentada con dióxido de carbono debido al vulcanismo a gran escala, esta modulación cíclica del sistema climático desencadenó repetidamente la muerte regresiva de los bosques, lo que permitió la renovada propagación de los helechos pioneros.
Como lo demuestra la correlación con altos contenidos de Hg, las malformaciones en las esporas de los helechos durante estos episodios también fueron el resultado de una intoxicación por mercurio. ¿Pero de dónde viene este Hg?
Isótopos de Hg
Wang Zheng, coautor correspondiente y geoquímico especializado en estudios de isótopos metálicos, especialmente isótopos de Hg, generó un conjunto de datos crucial en la Universidad de Tianjin (China). Mercurio tiene diferentes isótopos estables que se comportan de manera diferente en el medio ambiente.
Durante las reacciones en la naturaleza, por ejemplo, la expulsión del vulcanismo, la deposición de la atmósfera y la absorción por organismos, los isótopos de Hg pueden fraccionarse, enriqueciendo un conjunto en isótopos más pesados y otros en isótopos más ligeros. Los sedimentos con niveles elevados de Hg y esporas malformadas también muestran variaciones claras en los isótopos de Hg.
"Basándonos en las variaciones de los isótopos de Hg, pudimos vincular un pulso inicial en el enriquecimiento de Hg en el límite Triásico-Jurásico con la emisión de mercurio procedente del vulcanismo de basalto de inundación", explica Wang Zheng. "Sin embargo, los otros cuatro pulsos de mercurio tenían una composición isotópica diferente, lo que indica que fueron impulsados principalmente por el aporte de Hg procedente de la erosión del suelo y la reducción fotoquímica".
Los datos geoquímicos y microfósiles combinados pintan así una imagen de una secuencia de eventos mucho más compleja y prolongada, comenzando con un vulcanismo masivo que impulsa el cambio climático y liberando contaminantes tóxicos, seguido de pulsos episódicos de perturbación después del evento de extinción que duran varios años. al menos 1,3 millones de años.
El Dr. Tomas Navratil, de la Academia Checa de Ciencias, coautor del artículo y especialista en la contaminación moderna por mercurio, está de acuerdo con este escenario. "Nuestro trabajo en sitios contaminados en la República Checa muestra evidencia de una removilización episódica de los suelos forestales, especialmente durante los veranos calurosos, y en lugares que están más expuestos a la luz solar, lo que provoca la reducción fotoquímica del mercurio y la reliberación a la atmósfera de mercurio previamente mercurio almacenado."
"Sabemos que los eventos de extinción masiva fueron eventos complejos y duraderos. Aquí, mostramos que una combinación de calentamiento de efecto invernadero y contaminación condujo a una perturbación continua del ecosistema. Los ecosistemas costeros probablemente fueron los que más sufrieron al recibir grandes cantidades de mercurio movilizado de vastas cuencas. áreas."
"Finalmente, el sistema se recuperó durante el Sinemuriano, cuando vemos aparecer biomas boscosos estables. Es probable que para entonces, la Tierra hubiera limpiado el desorden, los niveles de dióxido de carbono disminuyeron y el mercurio quedó enterrado para siempre en los sedimentos marinos marinos. " concluye Bos.
Más información: Remco Bos et al, Removilización de mercurio forzada por el clima asociada con la mutagénesis de helechos después de la extinción del final del Triásico, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47922-0
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Utrecht
