Le crisi geologiche ricorrenti

La storia geologica della Terra è caratterizzata da lunghi periodi di stabilità, inframmezzati da crisi brevissime e violente, durante le quali si hanno da un lato imponenti eruzioni vulcaniche, orogenesi, cambi climatici, inversioni del campo magnetico, variazioni del livello marino ecc; dall’altro estinzioni di massa, emergenza di nuove specie, cambio radicale degli equilibri ecologici.

Le geologia non è ancora in grado di fornire una spiegazione di queste crisi ricorrenti. Vista la contemporaneità di questi fenomeni sono state avanzate ipotesi che esistano relazioni di causa ed effetto fra alcuni di essi; ma non sempre è evidente quale sia la causa e quale l’effetto.

Negli ultimi anni si sta affermando l’ipotesi che le estinzioni animali siano dovute a catastrofici impatti con comete o asteroidi, perché per alcune di esse, come ad esempio quella del cretacico superiore, che vide l’estinzione in massa dei dinosauri e preparò l’avvento dei mammiferi,  si è potuto appurare la coincidenza con la caduta di un grande asteroide. Coincidenze con l’impatto di un asteroide sono state riscontrate anche in altre estinzioni animali, per cui il rapporto di causa-effetto appare sempre più probabile.

 Coincidenze, però sono state rilevate anche fra estinzioni e variazioni del livello marino, ed anche tra estinzioni e manifestazioni di vulcanismo estreme, come la grande colata vulcanica del Deccan, avvenuta alla fine del cretacico, per cui vari autori hanno avanzato l’ipotesi di un rapporto di causa-effetto fra questi fenomeni e le estinzioni animali.

Ma nessuno è riuscito a dimostrare in modo convincente come fenomeni di natura locale e tutto sommato limitata abbiano potuto produrre catastrofi ecologiche a livello globale.

Tabella riassuntiva di fenomeni geologici osservati in coincidenza con le principali estinzioni del passato

Ma soprattutto nessuno è stato in grado di spiegare quale sia la causa ultima che determina lo scatenarsi contemporaneo di tutti questi fenomeni; perché deve esserci per forza una causa che scatena queste ricorrenti crisi geologiche.

La tesi che mi propongo di dimostrare qui di seguito è che tutte queste crisi sono iniziate da improvvisi spostamenti dei poli, provocati da impatti sulla Terra di comete e asteroidi.

Effetti catastrofici degli impatti

La contemporaneità è un fattore importante per stabilire un rapporto di causa effetto fra estinzioni ed impatti, ma il problema è spiegare come oggetti relativamente  piccoli (3 km è il diametro ritenuto sufficiente perché un asteroide sia in grado di provocare un’estinzione di massa a livello planetario) possano avere effetti catastrofici sull’intero pianeta.

Secondo le stime di Tom Gehrels (vedi: Tom Gehrels, “Collision with comets and asteroids”, Scientific American, March 96), un asteroide del diametro di 1 chilometro, che colpisca la Terra ad una velocità di 20 km al secondo, libererebbe un’energia equivalente a 10 miliardi di bombe atomiche tipo Hiroshima. L’energia liberata da un asteroide di 3 km dovrebbe essere cento volte superiore.

Ma per quanto devastanti a livello locale, questi effetti diretti non sono sufficienti da soli a giustificare estinzioni di massa e processi geologici di natura diversa a livello planetario. Paragonato alla Terra, un asteroide del diametro di 3 chilometri è come una minuscola sfera di 7mm di fronte ad una palla di 25 metri. La sua massa è assolutamente trascurabile e non è evidente come possa provocare effetti catastrofici a livello mondiale. A maggior ragione spiegare come possano innescare a livello planetario fenomeni come vulcanismo, orogonesi, moti convettivi del Sima, regressioni, inversioni del magnetismo e cambiamenti climatici permanenti.

L’ipotesi più accreditata è che l’impatto possa provocare una repentina diminuzione della temperatura ed altre perturbazioni climatiche su tutto il mondo, a causa dei materiali iniettati nell’atmosfera. Ma anche in tal caso è difficile giustificare l’entità degli effetti. La quantità di materiali immessi nell’atmosfera è stimata intorno a 100 volte la massa dell’asteroide impattante.

Per un asteroide di 3 km la quantità di materiali immessi nell’atmosfera dovrebbe essere dell’ordine di quella immessa dalla più grande eruzione vulcanica recente, avvenuta a  Tambora (Indonesia) nel 1815. Quella eruzione, in effetti, ebbe una qualche influenza sul clima terrestre, perché l’estate successiva fu insolitamente fredda su tutto l’emisfero settentrionale (vedi: Stommel H. and Stommel E.: The year without a summer, Scientific American, 1979). Ma non si può certo parlare di catastrofe a livello mondiale: si trattò di una semplice “increspatura” del clima, che provocò soltanto temporanee difficoltà ad un numero limitato di individui.

Certamente non fu una catastrofe globale e inoltre non fu registrato alcun effetto sugli oceani. Un impatto di una asteroide o di una cometa avrebbe senza dubbio effetti devastanti, ma l’ampiezza dell’area direttamente interessata potrebbe essere al più dell’ordine dei milioni di chilometri quadrati, una percentuale trascurabile della superficie terrestre.

Le estinzioni di massa del passato, invece, e i fenomeni geologici associati sono stati globali, avendo interessato non solo tutti i continenti, ma anche l’insieme degli oceani, sia in superficie che in profondità. Questo è impossibile da giustificare come un effetto diretto dell’impatto, anche ammesso che si sia verificato in mare aperto. (Ma l’asteroide che ha prodotto il cratere di Chicxulub e che viene ritenuto la causa dell’estinzione dei dinosauri, ad esempio, ha colpito la Terra in un bacino chiuso come il Golfo del Messico.)

L’unico modo, a mio aviso, per spiegare gli effetti globali di un impatto è quello di ritenere che esso sia in grado di provocare uno spostamento praticamente istantaneo dell’asse di rotazione terrestre, vale a dire uno spostamento dei poli. Vedremo come questo sia possibile.

Prove che i poli si sono spostati rispetto alla posizione attuale

Perché si verifichino i fenomeni descritti, però, è necessario che la variazione sia praticamente “istantanea” in scala geologica. Anche dalla figura di cui sopra (tratta da un libro di testo dell’Università di Pisa) sembrerebbe che lo spostamento del polo sia stato non continuo, ma sia avvenuto per salti.

Esistono indicazioni consistenti che l’ultimo salto si sia verificato in un passato recente ed abbia segnato la fine del periodo geologico chiamato Pleistocene..

La posizione del polo nord durante il Pleistocene

Le teorie attuali, numerose e spesso in contrasto tra loro, cercano di spiegare l’esistenza di queste masse di ghiaccio, eccentriche rispetto ai poli odierni, con il fatto che il clima fosse allora assai più freddo su tutta la Terra.

La spiegazione più logica e naturale per questa situazione climatica, tanto che è stata la prima ad essere avanzata nel 19.mo secolo, è che i poli si trovassero allora in una posizione diversa rispetto ad oggi. Si sarebbero spostati nella posizione attuale alla fine del Pleistocene.

Tutti i metodi impiegati per accertare la posizione dei poli nel passato forniscono punti discreti, non spostamenti lenti e continui, suggerendo l’idea che i poli si spostino per “salti” discreti. Pertanto i “salti” di poli dovrebbero essere un fenomeno ricorrente e piuttosto frequente nella storia della Terra e dovrebbero costituire quella causa ultima che scatena le ricorrenti crisi geologiche  di cui si è detto.

Rimane ora da scoprire quale sia la causa che provoca un subitaneo spostamento dei poli. Si è detto che l’unica possibile dovrebbe essere l’impatto di un asteroide o di una cometa. Visto il rapporto fra le dimensioni della Terra e quelle di una grande asteroide (25 metri contro 7 millimetri), questo potrebbe sembrare a priori impossibile; una analisi accurata del problema, però, mostra che al contrario questo è un evento praticamente inevitabile.

La Terra è un pianeta intrinsecamente instabile,  al punto che un semplice urto (vedremo fra poco con i calcoli quanto piccolo) è sufficiente ad innescare un processo che nel giro di pochi giorni (o al massimo settimane  e cioè praticamente istantaneo in scala geologica), può provocare uno slittamento permanente del pianeta rispetto al proprio asse di rotazione (e di conseguenza uno slittamento del poli) di grande ampiezza, anche dell’ordine delle decine di gradi (il che significa uno spostamento dei poli dell’ordine delle migliaia di km).

Inoltre questo spostamento comporta normalmente anche una variazione dell’inclinazione dell’asse di rotazione rispetto all’eclittica.

Sulla possibilità di rapidi spostamenti dei poli

L’ipotesi che l’inclinazione dell’asse terrestre rispetto all’eclittica e che la posizione dei poli rispetto alla Terra possano variare è stata presa in considerazione fin dal secolo 19.mo.

Alcuni fra i maggiori scienziati dell’epoca, fra cui J.C. Maxwell e Sir George Darwin (figlio del più celebre Charles Darwin), si sono occupati del problema, arrivando alla conclusione che l’effetto stabilizzante dei rigonfiamenti equatoriali terrestri è talmente grande, che non c’è forza ipotizzabile in grado di provocare uno spostamento dell’asse di rotazione rispetto al pianeta stesso, a meno di una “collisione planetaria”. Essi pertanto hanno scartato l’idea di uno spostamento dei poli come impossibile ed in pratica non meritevole di discussione.

La loro influenza è stata talmente decisiva, che nessuno, fino ad oggi, ha preso in considerazione tale ipotesi. Anche la possibilità della variazione dell’inclinazione dell’asse rispetto all’eclittica viene negata, in virtù del principio della dinamica che vuole che in un sistema isolato il momento della quantità di moto rimanga invariato.

Su una cosa Maxwell (e con lui tutti i matematici e i fisici) aveva ragione è cioè che la stabilità della Terra è dovuta esclusivamente ai suoi rigonfiamenti equatoriali. Se la Terra fosse un corpo perfettamente sferico ed omogeneo, una singola persona, camminando sulla sua superficie, sarebbe sufficiente a far spostare i poli in qualsiasi direzione e per qualsiasi ampiezza.

Anche i calcoli da lui eseguiti, ovviamente, erano corretti; ma purtroppo non tenne conto (né lo poteva, non avendo gli ingegneri navali ancora scoperto l’effetto destabilizzante delle superfici liquide libere) della presenza sulla Terra di una enorme superficie liquida libera, qualcosa come 350 milioni di kmq, che la rende intrinsecamente instabile.

Un semplice tsunami di qualche metro di altezza, come quello verificatosi in Asia qualche anno fa, è sufficiente a spostare in maniera sensibile l’asse di rotazione. Se una enorme ondata, dell’ordine delle centinaia di metri si muovesse dall’equatore verso i poli, l’asse di rotazione si sposterebbe di parecchi gradi, con conseguenze imprevedibili.

Inoltre Mawell, non conoscendo la composizione interna della Terra, la considerava come un corpo completamente solido e non come una sfera composta da strati concentrici alternativamente liquidi e solidi. I calcoli sono ben diversi nei due casi. In effetti il momento della Terra può cambiare, ed in effetti cambia istante per istante, sia in quantità che in direzione, a causa della sua struttura interna e del movimento di precessione.

Anche l’affermazione che l’inclinazione dell’asse rispetto all’eclittica non può cambiare è palesemente errata. Innanzitutto perché la Terra non è un sistema isolato, un piccolo astro come la luna è quasi interamente responsabile del fenomeno della precessione, che provoca una variazione veramente ampia e continua della direzione dell’asse rispetto alle stelle fisse. Anche l’inclinazione dell’asse rispetto all’eclittica cambia ciclicamente di qualche grado a causa del fenomeno della nutazione.

Vediamo perché.

L’attrazione gravitazionale del sole e della luna responsabile della precessione agisce esclusivamente sul guscio solido esterno, non sullo strato metallico liquido e sul nucleo interno. Il movimento di precessione, pertanto, interessa soltanto il guscio esterno.

Ovviamente esso induce, per attrito, una corrente di trascinamento nello strato metallico liquido che sta a contatto, per cui alla fine le variazioni di moto dovute alla precessione si trasmettono anche al nucleo centrale, ma con enorme ritardo. Viste le masse in gioco ed il meccanismo di trasmissione del momento angolare, questo ritardo è certamente dell’ordine delle migliaia di anni, o probabilmente di più.

In scala minore, anche l’asse di rotazione degli oceani nel loro complesso non coincide con quello del guscio esterno, a causa delle correnti oceaniche.

Se ne deve concludere che la direzione del momento angolare della Terra, considerata nel suo insieme, è  certamente assai diversa da quella dell’asse di rotazione del suo guscio esterno e cambia direzione ad ogni istante, perché i quattro gusci concentrici si muovono indipendentemente l’uno dall’altro. Anche la quantità del momento angolare diminuisce costantemente, perché l’attrito che si esercita fra i vari gusci inevitabilmente dissipa energia.

La precessione come causa di periodi riscaldamenti e raffreddamenti della superficie terrestre

Il principio di conservazione del momento angolare è applicabile soltanto ad un sistema isolato che non emetta materia o energia di qualsiasi tipo. Nel caso della Terra, il fatto l’asse di rotazione del guscio esterno cambi continuamente direzione a causa della precessione, induce turbolenza nello strato liquido sottostante con conseguente dissipazione di energia sotto forma di calore (e probabilmente di campo magnetico), a spese del momento angolare. Pertanto esso provoca una variazione del momento globale della Terra, sia in quantità che in direzione.

Con l’attuale angolo di precessione, la divergenza fra l’asse di rotazione del guscio esterno e quello del nucleo centrale può variare periodicamente da 0 a 46 gradi. Tanto più grande è l’angolo fra i due assi, tanto maggiore sarà la quantità di energia dissipata e quindi tanto maggiore il calore irradiato attraverso lo strato esterno. La precessione, quindi, è certamente causa di un periodi riscaldamento e raffreddamento della superficie terrestre, a causa della periodica variazione dell’ampiezza dell’angolo fra l’asse di rotazione esterno e quello del nucleo interno.

Come ipotesi estrema, se l’asse di rotazione esterno fosse invertito rispetto a quello del nucleo interno (cosa in teoria del tutto possibile), il momento angolare di entrambi sarebbe dissipato in calore, a causa dell’attrito con lo strato liquido intermedio.

Questo è quanto molto probabilmente è accaduto a Venere, un pianeta che dovrebbe avere una velocità di rotazione simile a quella della Terra e di Marte ed una superficie più o meno della stessa età. Invece la rotazione di Venere è quasi nulla e la sua superficie attuale si è solidificata quasi quattro miliardi di anni dopo. Per qualche ragione (che vedremo meglio nel seguito) il guscio esterno ed il nucleo centrale di questo pianeta devono essere entrati in controrotazione, dissipando reciprocamente il loro momento angolare; il calore sviluppato in questo processo deve essere stato sufficiente a fondere completamente il pianeta.

In che modo i poli possono spostarsi

In conclusione l’affermazione che l’asse di rotazione possa cambiare direzione soltanto se la Terra viene colpita da un corpo avente le dimensioni di un pianeta come Marte è totalmente priva di fondamento.

Parimenti errata è l’idea che una massa planetaria sia necessaria anche per avere uno slittamento dei poli, vale a dire uno slittamento dell’asse di rotazione rispetto alla terra stessa. Per ottenere questo, infatti, è sufficiente “riplasmare” i rigonfiamenti equatoriali, vale a dire indurre delle deformazioni sulla superficie del pianeta percentualmente trascurabili (lo spessore massimo dei rigonfiamenti è appena lo 0.3% del raggio terrestre, assolutamente inapprezzabile ad occhio nudo).

Si tratta ora di vedere come sia possibile riplasmare i rigonfiamenti equatoriali. Il principio non è difficile da capire, se si tiene conto che all’equatore il 30% del rigonfiamento equatoriale (percentuale che cresce mano a mano che ci si sposta verso i poli, fino a divenire preponderante) è costituito da acqua, che in teoria può essere spostata da una zona all’altra con un impiego di forze relativamente esiguo. Un’onda di marea di qualche centinaio di metri, che si muovesse dall’equatore lungo i meridiani, farebbe spostare l’asse di rotazione di parecchi gradi e di conseguenza i poli di centinaia o anche migliaia di km.

Non ci resta altro da fare, quindi, che scoprire quale meccanismo potrebbe provocare un’onda di marea di questa entità e quali conseguenze avrebbe sull’equilibrio isostatico della crosta. Ebbene, è possibile dimostrare in maniera conclusiva che impatti di comete e asteroidi sono in grado di fornire questo meccanismo..

Vista la sproporzione fra i due corpi ( in scala: 7 millimetri per un asteroide di 3 km, contro 25 metri di diametro per la Terra), la possibilità che un impatto del genere possa indurre un salto di poli sembrerebbe da escludersi a priori. La massa di un asteroide, e l’energia associata, sono assolutamente trascurabili; esse non possono in alcun modo provocare direttamente uno spostamento dei poli superiore a qualche centimetro!

Se massa ed energia dell’asteroide possono essere trascurati, non è lo stesso per la coppia perturbatrice sviluppata dall’impatto. Per capirne il perché bisogna considerare (fatto stabilito già dallo stesso Maxwell) che la coppia stabilizzatrice della Terra è sviluppata non dall’intera massa del pianeta, ma soltanto dai suoi rigonfiamenti equatoriali e cioè da un anello di materiali avente uno spessore massimo, all’equatore, di 14 chilometri.

La sproporzione fra la massa dei rigonfiamenti equatoriali e quella di un asteroide è incomparabilmente più piccola di quella esistente fra quest’ultima e l’intera massa terrestre. Pertanto, data l’alta velocità dell’asteroide (oltre 20 chilometri al secondo), la coppia impulsiva sviluppata dall’impatto può raggiungere valori di picco molto elevati, tali da superare la coppia di reazione massima sviluppabile dai rigonfiamenti equatoriali.

Per quanto elevata, tuttavia, si tratta pur sempre di una coppia impulsiva, che agisce per un tempo troppo breve per provocare effetti percettibili su un comune giroscopio, rigido e indeformabile.

La Terra, però, non è un giroscopio comune. Innanzitutto è coperta da uno strato di acqua, che introduce un elemento di instabilità, perché reagisce immediatamente ad ogni cambiamento, sia pur minimo, di moto (come la scienza delle costruzioni navali insegna, ogni “specchio liquido libero” è fonte di instabilità). In secondo luogo, anche la crosta esterna “solida” del pianeta è in realtà plastica ed è facilmente deformabile dalla forza centrifuga.

Si dimostra che, a causa di questi due fattori, una coppia impulsiva di direzione ed intensità opportune può “innescare” un processo che alla fine risulta in un cambiamento permanete dell’asse di rotazione della Terra e quindi uno spostamento dei poli. 

Un impatto sviluppa una coppia impulsiva. Se il valore di quest’ultima supera quello massimo sviluppabile dai rigonfiamenti equatoriali, la Terra cambia istantaneamente il proprio asse di rotazione e recupera quello di partenza non appena la coppia impulsiva svanisce completamente. Se però la coppia perturbatrice non si annulla completamente, se cioè rimane una coppia residua avente lo stesso segno di quella sviluppata dall’impatto, allora la Terra conserva “memoria” dell’impatto e della sua direzione.

Questa “memoria” consiste in una componente rotazionale molto piccola, meno di un milione di volte il valore della rotazione principale. La caratteristica più importante di questa componente rotazionale, però, è che è “fissa” rispetto alla Terra.

Sotto la spinta centrifuga di questa minuscola componente rotazionale, masse di acqua cominciano a muoversi per disporsi su un cerchio massimo perpendicolare a tale rotazione e cioè la linea equatoriale da essa individuata. Mano a mano che l’acqua si sposta verso il nuovo equatore, però, la componente rotazionale responsabile del movimento cresce di valore, a spese della componente rotazionale principale; di conseguenza, la forza centrifuga che provoca lo spostamento dell’acqua aumenta, per cui si ha un maggior afflusso di acqua verso il nuovo equatore, che a sua volta provoca un aumento della rotazione e così via.

E’ un processo che inizia molto lentamente, ma che viene progressivamente accelerandosi, fino a che la forza centrifuga indotta da questa nuova componente rotazionale non diviene sufficiente a provocare la deformazione della crosta terrestre.

A questo punto si ha una improvvisa accelerazione del processo ed in breve tempo il rigonfiamento equatoriale si rimodella intorno al nuovo asse di rotazione, rendendo il movimento di rotazione della Terra nuovamente stabile.

Questo meccanismo mostra come i poli terrestri, contrariamente a quanto si è sempre postulato, possono effettuare “salti” di migliaia di chilometri nel giro di pochi giorni (il che significa quasi istantaneamente), sotto l’effetto di forze apparentemente trascurabili, come la coppia sviluppata dall’impatto di un asteroide di media grandezza.

E’ importante sottolineare il fatto che questo processo richiede necessariamente la presenza di uno strato liquido su un guscio esterno plastico, facilmente deformabile, sì da poter facilmente rimodellare il rigonfiamento equatoriale. Pertanto, in tutto il sistema solare un processo del genere attualmente è possibile soltanto sulla Terra, perché è l’unico corpo che possiede oceani liquidi su un guscio plastico. Gli altri corpi del sistema o non possiedono oceani, come Mercurio, Venere, Marte, la luna ecc., oppure non hanno una crosta solida a portata di impatto, come il sole, Giove e gli altri pianeti esterni

Cosa accade in caso di uno spostamento dei poli

Una catastrofe globale può essere giustificata soltanto se si ammette che l’impatto di un piccolo oggetto come un asteroide o una cometa sia in grado di provocare uno spostamento macroscopico dei poli in un tempo molto breve. Gli effetti di un tale spostamento sono ovviamente legati alla sua ampiezza, ma conseguenze non meno importanti sono da attribuirsi alla variazione dell’inclinazione dell’asse rispetto all’eclittica (che sono indipendenti dalla prima).

L’entità di questi spostamenti non è legata direttamente alla grandezza del corpo impattante. Anche il punto dell’impatto ha poca influenza sulle sue conseguenze. Normalmente la velocità del corpo all’impatto è molto alta, compresa fra 20 e 80 chilometri al secondo, per cui l’acqua si comporta e trasmette l’urto come una superficie solida (a questa velocità la materia di fronte al corpo impattante non ha il tempo di spostarsi di lato. Essa vaporizza all’istante, formando una tasca di gas ad altissima pressione, che alla fine esplode).

Vediamo comunque cosa accade in caso di uno spostamento dei poli:

Innanzitutto si avrebbe un veloce “rimodellamento” del rigonfiamento equatoriale intorno al nuovo asse di rotazione (a dire il vero questo rimodellamento è una condizione necessaria perché i poli si spostino, per cui non può essere considerato una “conseguenza”, ma piuttosto la causa dello spostamento: le due cose procedono necessariamente  insieme di pari passo). Questo è dovuto, come si è visto, in un primo momento soltanto allo spostamento dell’acqua degli oceani e soltanto in seguito ad un aggiustamento della crosta, dovuto alla forza centrifuga.

Di conseguenza alcune aree  della crosta si rigonfieranno, altre si appiattiranno, mentre altre ancora subiranno deformazioni molto contenute o del tutto nulle. Per uno spostamento dei poli di una ventina di gradi, la deformazione massima della crosta sarebbe dell’ordine di 1 km (distribuito su un arco di circonferenza di 20.000 km, il che significa una deformazione di 5 centimetri per km). Veramente piccola in confronto al diametro della Terra, ma in ogni caso con conseguenze molto importanti sulla superficie. In particolare, nelle aree dove si ha un rigonfiamento si possono verificare fratture della crosta con conseguenti terremoti molto intensi e possibilità di grandi fuoriuscite di magma.

 L’improvviso spostamento in latitudine delle masse continentali, poi, provocherebbe l’insorgere di intense forze tangenziali di queste masse contro la crosta sottostante, con l’innesco di nuove celle di convezione e l’inizio di una nuova deriva continentale. Questo potrebbe dare inizio ad una nuova fase orogenetica se e dove esistessero le condizioni idonee.

Si avrebbero, ovviamente, anche variazioni delle condizioni climatiche, dovute sia allo spostamento in latitudine di larghe aree continentali, sia al cambiamento di inclinazione dell’asse rispetto all’eclittica (che ha un grandissimo effetto sul clima), con variazioni della massa delle calotte polari e di conseguenza del livello del mare.

Infine si avrebbero perturbazioni del campo magnetico terrestre, con possibili inversioni della sua polarità, dovute a cambiamenti della circolazione nello strato metallico liquido intermedio.

Effetti sulla vita – Estinzioni di massa

Gli effetti sui sistemi ecologici e sulle specie viventi dipenderanno, ovviamente, dall’ampiezza dello spostamento. Quanto maggiore lo spostamento dei poli, tanto più drammatici gli effetti. Dobbiamo tuttavia distinguere chiaramente gli effetti immediati da quelli a lungo termine.

Consideriamo uno spostamento dell’ordine di 15/20 gradi.

-       Innanzitutto si avrebbe una distruzione totale nell’area direttamente interessata dall’impatto; di norma si tratta di un’area relativamente limitata, poco significativa a livello mondiale.

-      Assai più devastanti saranno le ampie fluttuazioni del livello del mare che si verificano durante le prime fasi dello spostamento. In alcune zone si possono avere onde di marea di parecchie centinaia di metri, con conseguenti distruzioni in vaste aree di terraferma (ci sono evidenze che alla fine del Pleistocene il livello del mare abbia raggiunto un’altezza di 350 metri alle Haway e addirittura di 700 in Alaska)

-      Altre aree della piattaforma continentale rimarrebbero a secco per qualche tempo, con conseguenti danni agli ecosistemi locali. Inoltre si avrebbe ovunque nel mondo un improvviso emergere di acque oceaniche profonde, fredde e povere di ossigeno, con drammatici effetti su tutti gli ecosistemi marittimi.

-        Sui continenti, eruzioni vulcaniche e terremoti provocherebbero molte vittime. Ma le distruzioni più importanti sarebbero dovute ai venti violentissimi e alle piogge torrenziali che si scatenerebbero su tutta la Terra. L’atmosfera, infatti, segue grosso modo la rotazione terrestre, ma non è vincolata al suolo. Se la Terra cambiasse improvvisamente la direzione della propria rotazione, l’atmosfera continuerebbe in un primo momento nel suo moto originale, provocando venti uraganici e piogge eccezionali su tutto il pianeta. Si verificherebbero quindi catastrofiche alluvioni su tutti i continenti, con massicce distruzioni di flora e fauna. (milioni di animali sarebbero ammassati dall’acqua in bacini chiusi e coperti di fanghiglia, trasformandosi in fossili per la delizia dei paleontologi futuri).

-      L’effetto combinato di tutti questi fenomeni provocherebbe necessariamente un generale raffreddamento del clima terrestre, che sarebbe comunque temporaneo e probabilmente con effetti non così drammatici come prospettato dal molti geofisici.

Cambiamenti climatici permanenti

La immediate distruzione di flora e fauna può essere importante, ma normalmente  non al punto di provocare direttamente l’estinzione di un elevato numero di specie. Se le condizioni ambientali, dopo il salto di poli, si ristabiliscono come per l’innanzi, le specie recuperano velocemente e ricostituiscono i precedenti ecosistemi con varianti non troppo significative.

Spesso, però, le condizioni climatiche risultano radicalmente diverse da prima. Un “salto” di poli comporta normalmente uno slittamento delle fasce climatiche, lo scioglimento delle calotte polari e la formazione di altre. Comporta anche un cambiamento dei venti dominanti e delle correnti oceaniche, con ulteriori variazioni climatiche.

Se però l’inclinazione dell’asse di rotazione sull’eclittica rimane più o meno la stessa, tutto ciò provoca soltanto una migrazione di specie da una località all’altra. Ostacoli naturali e temporanee difficoltà possono provocare l’estinzione di un certo numero di specie incapaci di migrare, ma quelle dominanti, che occupano vaste aree, non dovrebbero avere problemi di sopravvivenza.

Ben diverso è il caso in cui l’inclinazione dell’asse subisca una variazione importante. Un elemento chiave per valutare le condizioni climatiche dopo un salto di poli è l’inclinazione che l’asse assume dopo un salto di poli; questa, infatti,  ha un forte effetto sui cambiamenti climatici stagionali, sull’accumulo di ghiacci e sulla distribuzione della flora e della fauna.

Un alto valore del “tilt” (inclinazione dell’asse) comporta inverni lunghi e freddi, seguiti però da estati molto calde. In queste condizioni ci sarebbe un accumulo di ghiacci molto ridotto, perché la neve invernale sarebbe sciolta dalle alte temperature estive a qualsiasi latitudine e altezza. Pertanto le calotte polari e i ghiacciai montani sarebbero ridotti al minimo ed il livello del mare salirebbe. La flora e la fauna sarebbero fortemente dipendenti dalla latitudine, perché il numero di specie in grado di superare i rigori invernali (o quelli estivi) diminuirebbero con la latitudine.

Per contro, un piccolo valore del “tilt” provocherebbe un enorme aumento del ghiaccio alle alte latitudini e sulle montagne, perché durante l’estate ci sarebbe uno scioglimento molto limitato delle nevi invernali. D’altra parte, però, il clima sarebbe molto più stabile che non al giorno d’oggi, con differenze climatiche stagionali molto ridotte e interruzioni nella crescita dei vegetali di breve durata. Questo provocherebbe l’abbattimento delle barriere climatiche  attuali, con conseguente  migrazione di specie tropicali verso le regioni nordiche e viceversa.

Queste variazioni, insieme all’iniziale drastica riduzione del numero di individui sopravvissuti, comporterebbe profondi cambiamenti negli ecosistemi, e quindi la possibilità di estinzione totale di specie non adattate alle nuove condizioni e l’aumento esplosivo di altre meno specializzate e più adattabili.

Un salto di poli, in conclusione, apre la possibilità di estinzioni di massa e l’inizio di un processo di evoluzione molto intenso, con la diffusione a livello globale di nuove specie.

È importante notare che la Terra non potrebbe in alcun modo mantenere ininterrottamente il proprio asse di rotazione verticale rispetto all’eclittica, a causa della presenza della luna. Il nostro satellite ha un’orbita inclinata di 5 gradi rispetto all’eclittica, pertanto eserciterebbe una coppia perturbatrice sulla Terra che la costringerebbe a precedere: il “tilt” aumenterebbe fino ad un massimo di 12/15 gradi, per poi diminuire nuovamente, con periodo di circa 15/20 mila anni.

Con l’aumentare del tilt crescerebbero le temperature estive e quindi la quantità di ghiaccio sciolto durante la bella stagione. I ghiacci polari e quelli montani, quindi, si ritirerebbero, per avanzare nuovamente con il diminuire del tilt. Si avrebbero cioè periodiche avanzate e ritirate delle calotte glaciali in tutto il mondo, proprio come si è verificato durante l’ultima glaciazione pleistocenica. A queste macroscopiche variazioni periodiche vanno aggiunti gli effetti di altri fattori che hanno una qualche influenza sul clima, come i cicli astronomici di Milankovitch, le variazioni di gas- serra e così via.

Dal momento che si parla di gas-serra, è interessante notare che dai carotaggi nei ghiacci dell’Antartide e della Groenlandia risulta in modo netto che la loro concentrazione nell’atmosfera varia sempre “dopo” i cambiamenti climatici, mai prima. Questo significa che per ogni condizione climatica della Terra esiste una ben determinata concentrazione di gas serra che si mantiene stabilmente.

Al giorno d’oggi l’equilibrio è rotto dalla massiccia produzione di CO²  a causa delle attività umane. Questo avrà certamente effetti sul clima terrestre, che però non dovrebbero essere permanenti. Quando gli uomini smetteranno di introdurre gas-serra nell’atmosfera, la loro concentrazione dovrebbe tornare, prima o poi, in condizioni di equilibrio.

Probabilità che un impatto dia luogo ad un salto di poli

Perché l’impatto da parte di un corpo celeste dia luogo ad un salto dei poli, è necessario che siano verificate le due seguenti condizioni:

a)         che la coppia  d’impatto sia sufficiente a eguagliare la coppia di reazione massima della Terra nella direzione dell’urto, anche per un solo istante. Ciò significa che non solo il corpo deve avere massa e velocità adeguate, ma che anche il braccio della coppia deve essere sufficientemente ampio .

b)         La coppia di attrazione lunisolare sui rigonfiamenti terrestri deve avere lo stesso segno di quella sviluppata dall’impatto.

Questa seconda condizione ha chiaramente una probabilità di essere verificata del 50%. Quindi, in ogni caso la probabilità che un impatto dia luogo ad un salto di polo è inferiore a questo valore, qualunque sia la grandezza dell’oggetto. Relativamente indipendente dalla massa dell’oggetto è anche la probabilità che esso possa sviluppare una coppia di valore adeguato.

 Determinante a tal fine, infatti, è il valore del “braccio” della coppia. Se l’urto è diretto esattamente verso il centro della Terra, non si ha nessuna coppia, qualunque sia la massa e velocità dell’oggetto. Viceversa, se l’impatto è molto angolato, quasi tangente alla superficie terrestre, anche un oggetto di modeste dimensioni può sviluppare una coppia rilevante. Significativa ai fini del valore del picco di accelerazione, e quindi della coppia sviluppata, dovrebbe essere anche la compattezza o meno dell’oggetto e la natura del terreno nel punto dell’impatto.

I calcoli effettuati nell’appendice matematica mostrano che asteroidi relativamente piccoli, con un diametro dell’ordine di qualche centinaio di metri, sarebbero in grado di innescare un salto di poli.

Gli oggetti Apollo

La probabilità che la Terra venga colpita da un asteroide di queste dimensioni è piuttosto alta. Responsabile è una particolare categoria di asteroidi chiamati dagli astronomi “oggetti Apollo”, o più sovente NEO (Near Earth Objects), la cui caratteristica è che la loro orbita interseca quella terrestre.

A tutto il 2012 il numero totale di asteroidi di questa classe con diametro superiore a 100 metri scoperti dagli astronomi ammonta a 1480, ma il numero totale di quelli effettivamente esistenti è stimato intorno ai 4700. Di questi almeno un migliaio avrebbero un diametro superiore al chilometro.

La probabilità che un NEO colpisca la Terra è stimata in 5.10^-9 per anno per ogni singolo oggetto. Pertanto si calcola una probabilità di almeno 4 collisioni per ogni milione di anni con oggetti di almeno 1 chilometro di diametro. Mano a mano che le dimensioni diminuiscono, questa probabilità aumenta esponenzialmente, fino a divenire dell’ordine di un impatto ogni pochi secoli per oggetti superiori a 100 metri.

La probabilità calcolata concorda, in quanto ordine di grandezza, con la statistica degli impatti subiti dalla Terra negli ultimi 600 milioni di anni (G.W. Wetherill, “Gli Oggetti Apollo”,  Scientific American ,Maggio 79 - Tom Gehrels, “Collision with comets and asteroids”, Scientific American, march 96) . Se la Terra fosse priva di oceani e atmosfera presenterebbe una superficie butterata di crateri come quella della luna e di Mercurio.

Un calcolo molto prudenziale (vedi la seguente appendice matematica) dimostra che un asteroide litico del diametro di 1 km è ampiamente sufficiente ad innescare un salto di poli. Dai calcoli risulta che oggetti grandi la metà o anche meno siano in grado di sviluppare coppie perturbatrici che superano la soglia richiesta.

La probabilità che la Terra venga colpita da corpi di questa grandezza è piuttosto alta, probabilmente dell’ordine delle decine ogni milione di anni. Pertanto i salti di poli dovrebbero essere eventi piuttosto frequenti e dovrebbero giocare un ruolo fondamentale nella storia geologica della Terra.

La maggior parte degli impatti passa inosservata, ma basta dare un’occhiata a quelli che si sono stati registrati  nei primi 13 anni del terzo millennio (fonte: rivista Focus) per rendersi conto di quanto siano frequenti.

Una quindicina hanno sviluppato una potenza compresa fra 1 e 10 kilotoni, almeno 4 una potenza fra 10 e 20 kilotoni ed altrettanti una potenza superiore. Erano tutti oggetti molto piccoli, inferiori alla decina di metri, o poco più, e la maggior parte sono esplosi in mare o nell’atmosfera, senza provocare danni.

Bibliografia
- Charles Hapgood, “The Path of the Pole”, Chilton Book Co, Philadefphia, 1970
- R. F. Deimel, “Mechanics of the gyroscope. The dinamics of rotation”, Dover Edition, 1950
- G.W. Wetherill, “ The Apollo objects”’Scientific American, May 79
- Tom Geherels, “Collision with Comets and Asteroids”’ Scientific American, March 96
- E. Spedicato, “Apollo objects, Atlantis and the deluge: a catastrophical scenario for the end of the last glaciation”
- A. Allam and P.B. Wignall, Mass Extinctions and their aftermath, Oxford, 2000

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