Cosa ci dicono i rapporti isotopici di carbonio sulle estinzioni di massa?

Testare i rapporti isotopici del carbonio di strati o fossili antichi può essere utile per accedere alle condizioni climatiche e alla produttività biologica nel momento in cui sono stati stabiliti. L'uso dell'isotopo di carbonio in questo modo si basa sul principio secondo cui gli organismi fotosintetici, come le alghe, assorbono preferibilmente il carbonio-12 più leggero e più comune lasciando indietro il carbonio-13 più pesante. Durante un'estinzione di massa, c'è meno assorbimento preferenziale di carbonio-12, e questo si riflette nei sedimenti.

L'analisi dei rapporti isotopici del carbonio è comune per accedere all'impatto delle estinzioni di massa, sebbene l'esatta relazione tra i rapporti isotopici del carbonio e la produttività non sia completamente compresa. L'analisi di questi isotopi sembra suggerire che la vita ha subito cinque grandi estinzioni negli ultimi mezzo miliardo di anni, sebbene tre di questi fossero notevolmente più significativi degli altri due. Tutte queste estinzioni di massa sono state confermate da brusche diminuzioni della biodiversità nei reperti fossili. Le variazioni degli isotopi di carbonio nel tempo sono note rispettivamente come incursioni ed escursioni.

Oltre ad accedere alle estinzioni di massa, vengono utilizzati anche i rapporti isotopici del carbonio per stimare l'origine della vita. Recentemente, prove di isotopi di carbonio hanno indicato un'origine estremamente precoce dei cianobatteri fotosintetici, i primi organismi viventi conosciuti, fino a 4,3 miliardi di anni fa, a soli 100 milioni di anni dopo la liquefazione iniziale dell'acqua e circa 267 milioni di anni dopo la formazione del Terra stessa. Se è vero, questo è affascinante, come le stime precedenti sull'origine della vita lo hanno collocato molto più tardi, circa 3,6 miliardi di anni fa. Se la vita si è formata così presto dopo la formazione iniziale della Terra, allora perché sembra così raro nel cosmo in generale? Forse la maggior parte della vita nell'universo consiste solo di microbi, ma in tal caso, può sembrare insolito che nessuno di questi microbi si sia ancora evoluto in esseri intelligenti che ci hanno visitato.

I rapporti isotopici del carbonio possono anche essere utilizzati per accedere al grado di circolazione negli oceani di milioni di anni fa. Quando la circolazione è bassa, il biomateriale ricco di carbonio-12 affonda sul fondo del mare e rimane lì. Ciò rende i successivi organismi nella parte superiore relativamente ricchi di carbonio-13. Quando la circolazione è buona, il carbonio-12 dal basso viene riportato in alto e gli organismi hanno un rapporto normale tra carbonio-12 e carbonio-13.