El Hundimiento: Desentrañando la Extinción Permo-Triásica

• La Extinción del Pérmico. El (Casi) Fin del Mundo

Hace 252 millones de años se produjo la mayor catástrofe ecológica de todos los tiempos. Nunca ha habido un momento en el que la vida haya estado más cerca de desaparecer completamente de la faz de la tierra: Todos los grupos que poblaban el planeta se vieron afectados sin excepción: Más del 96% de las especies marinas y el 70% de las terrestres desaparecieron y muchas de las familias que habían dominado los ecosistemas del Paleozoico como los trilobites se extinguieron. 

Imagen 1. Representación de un ecosistema del Jurásico. El desarrollo y posterior dominio que ejercieron los grandes reptiles durante todo el Mesozoico no habría sido posible sin la extinción Permo-Triásica. La desaparición de los grandes grupos dominantes del Paleozoico permitió a los dinosaurios conquistar casi todos los ecosistemas de la tierra a partir del Pérmico. Su dominio sería innegable hasta la extinción tardo-Creatácica.

Tras esta extinción la Tierra no sería más que un pedregal rocoso poblado por unos pocos hongos irreductibles: Se necesitarían varios millones de años hasta que ya en bien entrado el Triásico se desarrollasen de nuevo ecosistemas de cierta envergadura y no sería hasta finales del Cretácico (Casi 150 millones de años después) que la biodiversidad recuperaría unos valores semejantes a los que había antes de la catástrofe.

Imagen 2. Los Ecosistemas de la Tierra, sobre todo los marinos, que habían alcanzado un alto nivel de complejidad a lo largo del Paleozoico, quedaron completamente desmantelados. No sería hasta muchos millones de años después que la tierra recuperaría una biodiversidad igual de rica que la Previa al Límite Pérmico-Triásico.

A pesar de estas espeluznantes cifras, esta extinción es mucho más desconocida que la del famosísimo límite K-T que acabó con los dinosaurios no avianos. Durante años se ha intentado dar con una causa que explique que pudo originar este cataclismo, pero al contrario que en otras extinciones masivas no se ha podido encontrar una explicación que justifique bien del todo una debacle ecológica de semejante envergadura.

Imagen 3. Trilobites, los grandes perjudicados de la extinción Permo-Triásica. Si bien es cierto que los trilobites estaban en decadencia desde la extinción Ordovícico-Silúrica y su presencia era muchísimo menor que la de millones de años atrás, sería en la extinción Permo-Triásica cuando estos organismos desaparecerían para siempre. Surgidos en el Cámbrico y desaparecidos a finales del Pérmico los trilobites siempre serán recordados como los ejemplares por excelencia de las faunas del Paleozoico.

De eso trata precisamente el artículo del que hablaremos hoy. Unos científicos de la Universidad de Edimburgo (Escocia, Reino Unido) bajo el mando del geoquímico M.O.Clarkson han hecho un interesante estudio publicado en la revista Science el pasado 10 de Abril que da una explicación bastante coherente a la Gran Extinción Permo-Triásica. Si queréis saber a que conclusiones han llegado no dudéis en seguir leyendo.

Aquí tenéis el Link del Artículo: http://www.sciencemag.org/content/348/6231/229

• La Extinción de las Mil Causas. Hipótesis Barajadas para Explicar la Gran Extinción Permo-Triásica.

Antes de ponernos con el artículo en si conviene hacer una pequeña reseña acerca de que hipótesis se han venido barajando para explicar la extinción Permo-Triásica. La primera pregunta que se hicieron los paleontólogos fue cuanto duró esta extinción: En vista de las dimensiones de esta debacle ecológica había unanimidad en que tuvo que ser muy lenta y extenderse durante muchos millones de años. Posteriormente se ha demostrado que no, que no es que hubiese una extinción muy larga y homogénea, sino que lo que realmente ocurrió fue que hubo dos períodos de extinción  diferentes (Sahney et at) : Uno más suave a finales del Pérmico y otro mucho más mortal en el límite Pérmico-Triásico Todo habría ocurrido en tan solo un millón de años y mientras la primera fase habría debilitado los ecosistemas, a segunda fase habría sido el golpe de gracia causante de la mortandad a escala global.  ¿Que evento por lo tanto pudo causar semejante desastre?. Estas son las principales hipótesis que se han considerado hasta el momento.

• ¿Impacto Meteorítico?. Es la teoría estrella para explicar una extinción. Cuando no se está seguro de que pudo causar una gran extinción apostar por un meteorito suele ser una apuesta bastante segura. No se ha encontrado ninguna evidencia de un impacto meteorítico en la Tierra tan fiable como el de Chicxulub, pero si se ha encontrado un interesante cráter en la Antártida con una edad comprendida entre los 100 y los 500 millones de años que pudo estar detrás de la extinción masiva (Langenhorst et al)

Imagen 4. El descubrimiento de Chicxulub inició una auténtica carrera para intentar explicar otras extinciones mediante meteoritos. El Cráter de la Tierra de Wilkies, en la Antártida, casi 3 veces más grande que el de Yucatán se ha propuesto como posible causa de la extinción Permo-Triásica, ahora bien. ¿Sería capaz un meteorito solo de destruir casi toda la vida de la tierra?

• ¿Vulcanismo Masivo? Existe en Siberia una inmensa provincia basáltica de más de 2 millones de kilómetros cuadrados provocada por un intenso vulcanismo hace aproximadamente 250 millones de años. Se cree que esta erupción estuvo detrás de la emisión de miles de millones de toneladas de gases de efecto invernadero que elevarían la temperatura global hasta en 5ºC. El aumento de la temperatura global estaría detrás de una posible descongelación de los depósitos de hidratos de metano de los fondos oceánicos, lo que emitiría todavía más gases de efecto invernadero a la atmósfera y elevaría la temperatura otros 5ºC (Ya van 10 en total) (White et al)

Imagen 5. Extensión de los Siberian Traps, una inmensa región volcánica de casi 2 millones de kilómetros cuadrados (¡4 veces España!) ligada a erupciones masivas en la época de la extinción. Se cree que la ingente cantidad de gases de efecto invernadero emitidas estuvo detrás de la catástrofe ecológica.

• ¿Emisión masiva de Ácido Sulfhídrico?. Se cree que a finales del Pérmico hubo una gran proliferación de organismos anaerobios capaces de sintetizar H₂S, un compuesto fuertemente tóxico para la vida. El incremento de H₂S no solo mataría a muchos seres vivos, sino que destruiría la capa de ozono, permitiendo la entrada de radiaciones ultravioletas que matarían a los pobres organismos que hubiesen sobrevivido. (Twitchett et al)

• Explosión de una Supernova cerca de la tierra. La explosión de una supernova se ha propuesto para varias extinciones masivas en la historia de la tierra aunque es muy difícil de demostrar o no que este episodio ocurriese. Lo cierto es que la supernova podría explicar algunos de los fenómenos anteriores.

Imagen 6. La explosión de una inmensa Súper nova cerca del S.Solar podría haber tenido terribles efectos para la vida en nuestro planeta. De todas las hipótesis esta suele ser la que menos se tiene en cuenta, por la dificultad que entraña conocer si realmente hubo una explosión.

Son muchas causas si. Pero ninguna por si sola es capaz explicar la desaparición del 96% de las especies del mar. Muchos científicos consideran que no ocurrió una sola causa, sino que se juntaron todas en apenas un millón de años. La explosión de una supernova debilitaría la capa de ozono, el impacto de un gran meteorito desencadenaría las erupciones masivas de Siberia y finalmente el calentamiento global resultante haría que se derritiesen los depósitos de metano. Si a eso le sumamos el efecto de los organismos anaerobios y su efecto sobre la ya debilitada capa de ozono el resultado no puede ser más esclarecedor. Desaparición de casi toda la vida del planeta y retroceso de varios millones de años en la evolución de la biodiversidad. (Knoll et al)

• La Hipótesis del Equipo de Clarkson: El Océano Ácido

Ante esta amalgama de motivos, muchos de ellos no demostrados, para explicar la Gran Extinción Pérmica, los científicos de la Universidad de Edimburgo, en colaboración con otras universidades europeas, elaboraron una nueva hipótesis muy coherente basada en criterios geoquímicos: La Hipótesis del Océano Ácido.

La intensa actividad volcánica de los Siberian Traps habría emitido efectivamente ingentes cantidades de CO₂, pero este CO₂ no solo se habría acumulado en la atmósfera, sino que habría sido responsable de una fuerte acidificación de los océanos de finales del Pérmico. La composición de la atmósfera de hace 250 millones de años es casi imposible de describir, pero no lo es la composición de los mares de esa época: ¡Para eso tenemos las rocas!

Para ello los investigadores han recurrido a unas rocas carbonatadas de los Emiratos Árabes Unidos. Estas rocas se habrían originado en una plataforma muy somera a finales del Pérmico en una plataforma marginal del Gran Océano de Thetys. Lo primero que se hizo fue comprobar que la edad de estas rocas coincidía con la gran extinción (Empleando para ello datación con isótopos estables- Carbono 13- y con microfósiles presentes en esas rocas, fundamentalmente conodontos) y acto seguido se procedió al estudio de un isótopo cuya concentración depende directamente de la acidez del agua, el Boro-11.

Imagen 7. Afloramiento de rocas carbonáticas de origen muy somero en los EAU (Emiratos Árabes Unidos) en las que el equipo de Edimburgo cogió las muestras para sus análisis geoquímicos 

No vamos a hacer un estudio exhaustivo de la relación CO₂ - pH del océano - concentración de Boro-11, porque es algo muy complicado y no es lo que pretendemos contar hoy aquí. Basta con que sepamos lo siguiente

• Una emisión masiva de CO₂ dispararía la acidez del océano. Aparte de acumularse en la atmósfera, el CO₂ reacciona con el H₂O de los océanos. El agua podría actuar como almacén de grandes cantidades de carbono, pero a partir de un punto acabaría reaccionando con el CO₂ dando ácido carbónico, un compuesto bastante ácido que reduciría el pH de los océanos en hasta 0.7 puntos.

• La acidificación de los océanos llevaría ligada un descenso exponencial de la cantidad de B-11 en los mares.

• El CO₂ emitido por vulcanismo sería extremadamente pobre en el isótopo C13, por lo que a lo largo del límite P-T se produciría un auténtico hundimiento en la presencia de este isótopo en la atmósfera.

En base a estas premisas, los investigadores de la Universidad de Edimburgo llegarían a una conclusión fundamental.

• Hubo dos fases de acidificación con su consiguiente efecto en la vida. Habría una primera fase de apenas 50.000 años que debilitaría enormemente los ecosistemas y tras un período de relativa estabilidad una segunda fase de acidificación mucho más breve (10.000 años) que daría el golpe de gracia a los ya debilitados océanos precipitando la extinción a gran escala. Estos cambios en la acidez del océano serían especialmente perjudiciales para todos los organismos calcificados (Bivalvos, Trilobites...), muy sensibles a los cambios de pH, y sin duda los que más sufrirían los efectos de la acidificación.

Se cree que la segunda fase de acidificación, la más letal, estuvo producida por la emisión de más de 24.000 gigatoneladas de CO₂ en apenas 10.000 años, fundamentalmente debido a la acción de los Siberian Traps.

Imágenes 8 y 9.

Imagen 8. Parte Superior. Reconstrucción Paleogeográfica de la plataforma somera carbonática (Actualmente parte de los EUA) en la que se analizaron las muestras. 

Imagen 9. Parte Inferior La columna estratigráfica correspondiente a los materiales analizados y la concentración (Usando la notación Delta) de C-13 y B-11, dos isótopos que se verían muy afectados por la emisión masiva de CO₂. El Carbono-13 porque al estar muy empobrecido el CO₂ volcánico en este isótopo, la emisión continuada de gases volcánicos reduciría enormemente la concentración del mismo, y el Boro-11 porque al ser un isótopo muy relacionado con la acidez del mar, una acidificación marina producto de la emisión de CO₂ reduciría la concentración de este isótopo. Podemos ver que la concentración de C-13 se desplomó antes del límite PT- cuando comenzó el episodio volcánico y la de B-11 un poco después cuando el océano no pudo asimilar más carbono y comenzó a acidificarse.

Esta acidificación del océano ligada al vulcanismo masiva explica muy bien por qué se extinguieron más del 96% de las especies marinas, cuando en tierra firme, donde la extinción estaría más ligada al cambio climático producido por el CO₂ que a la acidificación de los mares la tasa de extinción fue mucho más moderada y se estabilizó en torno al 70%.

Queda por tanto demostrado que la emisión masiva de gases de efecto invernadero en Siberia durante el límite Pérmico-Triásico produjo dos episodios de fuerte acidificación de los océanos. La acidificación generó una auténtica debacle entre los organismos calcificados, que fueron sin duda los que más sufrieron esta extinción. Fuera de los mares otros efectos como el cambio climático, la posible emisión de grandes cantidades de H₂S o el impacto de un meteorito tendría también unas consecuencias devastadoras, aunque ni de lejos tan terribles como las que sufrieron los ecosistemas marinos.

Imagen 10. 

Evolución de parámetros fundamentales para comprender la extinción del Permo-Triásico.

Gráfico Izquierdo.  Evolución de la concentración del isótopo B-11. Sabiendo el isótopo de B11 evoluciona casi en paralelo a la acidez de los océanos podemos distinguir claramente los dos períodos de acidificación de los que hemos hablado. Un primer episodio del  que los ecosistemas se recuperarían y un segundo episodio mucho más definitivo y letal que sería el que acabaría con gran parte de la vida.

Gráfico Derecho- Evolución del pH de océano a lo largo del límite P-T Podemos ver que este gráfico es casi simétrico al de la evolución del isótopo B-11, lo cual corrobora la teoría del equipo Clarkson de que hubo dos períodos de acidificación.

Imagen 11

Estimación de la cantidad de CO₂ en la atmósfera. Podemos ver que este gráfico es casi inverso al del pH y el del Boro pero que los dos picos están también están presentes. Podemos observar que en la primera fase de acidificación hubo un incremento mucho más destacado y largo de CO₂ que en la segunda, pero también podemos afirmar que la vida estaba mejor preparada. De esa manera, cuando llegó la segunda gran acidificación, aunque más suave, pilló a la fauna mucho más indefensa y los efectos fueron sin duda mucho más devastadores.

• Bajo la Espada de Damocles: ¿Vamos hacia una nueva Extinción Pérmica?

Si algo ha llamado la atención de este artículo, es la preocupante similitud entre el proceso de acidificación descrito por el equipo de Clarkson debido al vulcanismo masivo de los Siberian Traps y la actual acidificación de los océanos debido a la quema masiva de combustibles fósiles.

Imagen 12. Desde que se comenzaron usar combustibles fósiles a gran escala en la Primera Revolución Industrial la concentracción de dióxido de carbono en la atmósfera ha pasado de 180 a 300 partes por millón. Actualmente se consumen más de 80 millones de barriles de petróleo cada día. 3,4 billones de metros cúbicos de gas por año y varias millones de toneladas de carbón. Este consumo masivo está comenzando a acidificar el océano que desde 1800 tiene un pH 0,1 puntos más ácido.

En apenas 10.000 años en pleno límite P-T se emitieron 24.000 gigatoneladas de CO₂ y otros gases de efecto invernadero. Esta emisión, de unas 2,4 gigatoneladas por año fue responsable de una acidificación de más de 0,7 puntos en el pH de los océanos y el consiguiente colapso de las faunas marinas del Pérmico.

Desde la Revolución Industrial el pH de los mares ha caído más de 0,1 puntos y se cree que actualmente se emiten a la atmósfera más de 10 gigatoneladas por año. Aunque las reservas mundiales de combustibles fósiles apenas superan las 3000 gigatoneladas de Carbono (Poco más de 15% de todo lo que se emitió en la Gran Extinción), lo cierto es que estamos emitiendo gases de efecto invernadero a una velocidad muy superior a la que originó la gran extinción Permo-Triásica. 

Imagen 13. Cambios en el pH del Océano desde 1800. Podemos observar que en los últimos 200 años ha habido una acidificación generalizada de las aguas marinas. El proceso ha sido extremadamente significativo en el Atlántico Norte, la región más industrializada del planeta y la que más gases de efecto invernadero emite.

Los océanos son un sumidero inmenso de carbono pero todo tiene un límite y llega un punto en el que el agua empieza a acidificarse cada vez más rápido; Si bien es cierto que no es probable que generemos una mortandad tan inmensa como la del Pérmico, si que podemos provocar serias consecuencias en la vida del planeta, muy especialmente en las faunas y floras del Océano, donde un cambio mínimo en el pH de las aguas puede tener consecuencias devastadoras.

Imagen 14. El ser humano está jugando con fuego. Estamos imitando de una forma casi perfecta las condiciones que a punto estuvieron de acabar con la vida en la tierra hace 252 millones de años. Es muy prepotente por nuestra parte pensar que somos capaces de acabar con algo tan resistente como la vida, pero si podemos hacer mucho daño y lo más importante acabar con nosotros mismo. Hasta entonces, la Espada de Damocles pende sobre nuestras cabezas.

• Acerca de Este Artículo.

Me ha sorprendido muy gratamente observar que este artículo ha tenido una gran difusión, más por la siniestra similitud entre la extinción y el cambio climático que por la propia extinción en si todo sea dicho: ¡ Incluso en la fuertemente anticientífica prensa española se han hecho eco de esta investigación! Os dejo los links de algunos medios de comunicación en los que han publicado acerca de este artículo por si os interesa leerlo.

- Artículo en EL PAÍS de el 10 de Abril: http://elpais.com/elpais/2015/04/10/ciencia/1428678611_266453.html

- http://www.livescience.com/50440-ocean-acidification-killer-permian-extinction.html

- http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150409143033.htm

• Bibliografía y Sitios Web

• Knoll, A.H., Bambach, R.K., Payne, J.L., Pruss, S., and Fischer, W.W. (2007). "Paleophysiology and end-Permian mass extinction" (PDF). Earth and Planetary Science Letters 256 (3–4): 295–313. Bibcode Retrieved 2008-07-04.

• Langenhorst F, Kyte FT & Retallack GJ (2005). "Reexamination of quartz grains from the Permian–Triassic boundary section at Graphite Peak, Antarctica"(PDF). Lunar and Planetary Science Conference XXXVI. 

• Sahney S and Benton M.J (2008). "Recovery from the most profound mass extinction of all time". Proceedings of the Royal Society B 275 (1636): 759–765. doi:10.1098/rspb.2007.1370. PMC 2596898. PMID 18198148

• Twitchett RJ, Looy CV, Morante R, Visscher H, Wignall PB (2001). "Rapid and synchronous collapse of marine and terrestrial ecosystems during the end-Permian biotic crisis". Geology 29 (4): 351–354. Bibcode:

• White RV (2002). "Earth's biggest 'whodunnit': unravelling the clues in the case of the end-Permian mass extinction" (PDF). Phil. Trans. Royal Society of London 360 (1801): 2963–2985. Bibcode:2002RSPTA.360.2963W.doi:10.1098/rsta.2002.1097. PMID 12626276. Retrieved 2008-01-12.

Una vez más, Gracias a todos aquellos que habéis llegado hasta aquí! Pablo :)