dijous, 20 d’agost de 2020

Proposen una supernova situada a 20 parsecs com la causa de les extincions del final del Devonià

La història de la biosfera del nostre planeta no és pas una història d’evolució i progrés uniformes. Etapes de diversificació s’han alternat amb etapes de reducció d’aquesta diversitat. Certament que podem trobar fites excepcionals, com l’aparició d’organismes complexos, que assenyala l’inici del Fanerozoic, fa uns 545 milions d’anys. Dins del Fanerozoic resulta més fàcil, a través de la paleontologia, d’identificar les etapes de diversificació i distingir-les de les etapes de declivi. Una d’aquestes etapes és el Devonià Tardà (fa 376-360 milions d’anys), estadi en el que es registra un període prolongat de baixa especiació (aparició de noves espècies). Aquest període culmina, de fet, amb una autèntica extinció massiva (l’esdeveniment Hangenberg). Hom ha cercat les causes d’aquesta extinció, que marca la transició cap al Carbonífer, en una caiguda precipitada dels nivells d’ozó troposfèric, amb el consegüent augment de la radiació ultraviolada sobre els ecosistemes terrestres (encara molt pobres) i els ecosistemes marins més superficials (els més biodiversos). Però què causà aquesta caiguda dels nivells d’ozó troposfèric? Alguns ho han relacionat amb un augment global de les temperatures. En canvi, Brian D. Fields, professor del Department of Astronomy de la Universitat d’Illinois, proposa que la causa fou una supernova, i ho defensa en un article fet amb els seus col·laboradors i que es publica a la revista PNAS. La supernova s’hauria produït a una distància de 20 parsecs (65 anys-llum) del nostre Sistema Solar. Arran de l’explosió s’hauria produït una acceleració de raigs còsmics que haurien augmentat durant 100.000 anys la radiació ionitzant rebuda per les capes altes de l’atmosfera terrestre. En conseqüència, hi ha hauria hagut la caiguda de l’ozó troposfèric que, combinat amb l’efecte directe de la radiació còsmica, hauria conduït a l’extinció massiva. Una supernova a aquesta distància del Sol és probablement el resultat del col·lapse nuclear d’un estel massiu com els que hi ha en la zona medial del disc de la Via Làctia. La hipòtesi de Fields et al. rebria un suport cabdal si hom detectés la presència de samari-146 o de plutoni-244 en estrats de finals del Devonià.

El Devonià (419-359 milions d’anys abans del present) ha estat considerat el període de formació dels primers boscos veritables sobre terres emergides. En aquest procés, la formació d’una capa d’ozó estratosfèric hauria estat cabdal, ja que ofereix una cobertura a les radiacions ionitzants procedents del Sol

La crisi prolongada del Devonià Tardà

Aquesta recerca fou dissenyada per Brian D. Fields, Adrian L. Melott i John Ellis. En realització participaren Fields, Brian J. Fry, Liu Zhenghai i Jesse A. Miller. Les dades foren analitzades per Melott, Adrienne F. Ertel, Bruce S. Lieberman i Brian C. Thomas.

L’article fou redactat per Fields, Melott, Ellis, Fry, Lieberman i Thomas. La versió que apareix a la revista PNAS fou enllestida el 2 de juliol i acceptada per a publicació, després de l’edició de Neta A. Bahcall, el dia 29.

Si bé el Devonià havia estat inicialment un període de diversificació, especialment marcat per una proliferació d’ecosistemes terrestres, en la darrera part del període es registra una “crisi de biodiversitat” que es manifesta en una davallada de l’aparició de noves espècies en el registre fòssil (“taxa d’especiació”). En aquest context de crisi de biodiversitat es registra un “pols” d’extinció, l’anomenat “esdeveniment de Kellwasser”, que es manifesta sobretot en la fauna marina invertebrada. Deu milions d’anys després de l’extinció Kellwasser hi hagué un altre pols d’extinció, per bé que més moderada, anomenat “esdeveniment Hangenberg”, però que es manifestà en hàbitats marins i terrestres. L’extinció Hangenberg coincideix amb la transició del període Devonià al període Carbonífer (fa uns 359 milions d’anys).

L’esdeveniment Hangenberg queda marcat en el registre fòssil en forma d’una capa d’esquist negra, corresponent a uns fons marins anòxics. Estudis palinològics registren malformacions en grans de pol·len que s’haurien estès en un període de molts milers d’anys, i que ha estat atribuït a un augment de radiació ultraviolada-B com a conseqüència de la depleció d’ozó estratosfèric.

Alguns autors han proposat que aquesta depleció d’ozó estratosfèric es produí com a conseqüència d’un procés d’escalfament global. Una altra explicació, no excloent, assenyala un augment de l’activitat volcànica en el període precedent.

Fields et al. consideren una altra possibilitat: una font astrofísica de radiació ionitzant que hauria causat la caiguda de l’ozó estratosfèric i la cadena següent d’esdeveniments. De fet, aquesta radiació còsmica hauria pogut també contribuir als danys genètics que hi hauria al darrera de les malformacions en els grans de pol·len.

Totes aquestes hipòtesis tenen el problema de la dificultat de fer correlacions estratigràfiques entre localitats, especialment entre ecosistemes marins i ecosistemes terrestres. El registre fòssil disponible no reflecteix probablement més que una fracció de la diversitat de plantes terrestres. Hom distingeix entre un esdeveniment de pèrdua de diversitat d’espores i de pol·len que hauria estat seguit, 300.000 anys més tard, per un pols d’extinció que hauria afectat plantes (proto-arbres), peixos cuirassats, trilobits, ammonits, conodonts, quitinozous, i acritarcs. La crisi de Hangenberg tingué conseqüències en l’evolució ulterior de la biosfera, ja que els grups que no en resultaren gairebé afectats, com taurons, teleostis i tetràpodes pentadàctils, protagonitzen la macrofauna dels 360 milions d’anys següents.

Peixos cuirassats com “Bothriolepsis canadensis” són emblemàtics del període devonià. Cap llinatge de placoderms sobrevisqué l’extinció de final del Devonià

L’extinció del Devonià-Carbonífer hauria estat un procés d’un mínim de 1000 anys. Resulta remarcable que en aquest procés s’hagin detectat espores amb malformacions a les espines i amb pigmentació fosca a la coberta. Aquestes malformacions reflectirien un deteriorament de les condicions ambientals i, molt particularment, un augment a l’exposició de radiació UV-B. Hom suposa que aquesta radiació UV-B arribava a la superfície emergida del planeta arran de la destrucció de la capa estratosfèrica d’ozó.

Escalfament i depleció de la capa d’ozó

Un augment de les temperatures superficials podria haver afavorit els processos convectius i incrementat alhora la presència de vapor d’aigua a l’estratosfera inferior. El vapor d’aigua a l’estratosfera hauria afavorit la conversió de clor inorgànic (HCl, ClONO2) en el radical lliure ClO, el qual hauria catalitzat la destrucció d’ozó (O3). De manera similar, per bé que amb menor abundància, hauria actual el brom inorgànic, en forma de BrO.

Ara bé, aquest procés de depleció s’hauria donat en l’estratosfera inferior (la capa situada entre 12 i 18 km d’altitud), mentre que el gros de la capa d’ozó se situa a altures superiors (20-30 km). Fields et al. pensen, doncs, que aquest mecanisme no seria suficient per explicar l’extinció de final del Devonià. També recorden que aquest procés a través de ClO requeriria un transport continuat de vapor d’aigua a la baixa estratosfera, ja que una arribada episòdica no tindria efectes sostinguts en el temps. Per tal que la caiguda de la capa d’ozó estratosfèrica produeixi l’arribada a la superfície d’una radiació d’UV-B suficient per afectar ecosistemes sencers caldria un fenomen més generalitzat i continuat.

Agents astrofísics de destrucció de la capa d’ozó

Els treballs que han postulat agents astrofísics com a desencadenants o coadjuvants de danys a la biosfera han parlat d’impactes de bòlids, d’emissions solars de protons, d’explosions de supernova, d’esclats de raigs gamma i de fusions d’estels de neutrons (quilonoves). Impactes, esclats de raig gamma i emissions solars de protons produirien, com a molt, un efecte transitori (de menys de 10 anys) sobre la capa estratosfèrica d’ozó.

Altrament seria el cas de les supernoves. Les supernoves emeten d’entrada radiacions electromagnètiques ionitzants (banda extrema de l’ultraviolat i més enllà: raigs X i raigs gamma). La col·lisió entre l’explosió de la supernova i el gas que envolta l’estel crea un xoc que accelera nuclis atòmics fins a altes energies: aquesta emissió de raigs còsmics pot perdurar durant 100.000 anys després de l’explosió inicial.

Fields et al., doncs, pensen que els raigs còsmics produïts per una supernova tindrien capacitat suficient per deplecionar globalment la capa d’ozó estratosfèric durant milers d’anys, amb la consegüent arribada de radiació solar UV-B fins a la superfície planetària. A més, els raigs còsmics, en incidir sobre les capes altes de l’atmosfera, produirien una radiació muònica que també tindria efectes sobre els sistemes biològics. A les radiacions directes i indirectes caldria sumar encara la formació de radioisòtops que augmentarien els nivells de radioactivitat natural.

Sota el terme de supernova hom inclou les supernoves de tipus Ia, que consisteixen en nans blancs que experimenten una acreció explosiva de material procedent d’un company estel·lar menys massiu. Però en el nostre veïnat galàctic és més freqüent una supernova CCS, que resulta del col·lapse del nucli d’un estel massiu (amb masses més de 8 vegades superiors a la del nostre Sol). Hom calcula que cada 30 anys hi ha una supernova CCS a la nostra galàxia. Una supernova CCS situada a 20 parsecs o menys del nostre Sistema Solar podria tenir un efecte considerable sobre la capa estratosfèrica d’ozó de la Terra.

Les supernoves CCS no es distribueixen uniformement a la galàxia. Es troben agregades especialment en les associacions OB d’estels massius. Sovint es troben en sistemes binaris. D’aquesta manera, és possible que supernoves associades poguessin ésser al darrera dels esdeveniments Kellwasser i Hangenberg, o que tota la decadència biològica del període es degués a una cadena massa freqüent de supernoves.

Signatures de radioisòtops indicarien aquestes supernoves de fa 360 milions d’anys

Una supernova situada a menys de 20 parsecs del nostre Sistema Solar no tan sols ens enviaria radiació directa i indirecta. També ens faria arribar residus en forma de pols (partícules de mides d’un micròmetre o inferiors). Aquests grans de pols es dissociarien del plasma durant l’explosió i es propagarien des del romanent magnetitzat de la supernova.

La nostra Terra rebria aquests grans de pols com tot el material micrometeòric que rep de continu. Ara bé, aquests grans de pols de supernova serien carregats d’isòtops radioactius. La presència de ferro-60 que s’ha registrat en sediments oceànics, en la neu antàrtica o en la regolita lunar s’atribueix de fet a una o més supernoves recents de fa 2-3 milions d’anys situades a una distància de 50-100 parsecs del Sistema Solar.

En el cas d’una supernova de fa 360 milions d’anys, Fields et al. indiquen que els isòtops que en restarien seria el samari-146 (amb una semivida de 103 milions d’anys), l’urani-235 (amb una semivida de 704 milions d’anys) i el plutoni-244 (amb una emivida de 80 milions d’anys). Hom ha trobat presència de plutoni-244 en sediments oceànics dels darrers 25 milions d’anys. El plutoni-244, a més, podria ser incorporat in vivo en els ossos, i retingut. En canvi, el samari-146 és massa soluble per ésser retingut, i l’urani-235 seria absorbit sobretot durant el procés de fossilització. Un altre problema de l’urani-235 és que hi ha una part que és primordial a la Terra.

Fields et al. proposen que la detecció de fins i tot uns pocs àtoms plutoni-244 no-antropogènics en fòssils del final del Devonià seria una demostració irrefutable de l’impacte d’un procés r de supernova sobre els ecosistemes de la Terra.

Fields et al. calculen la formació d’aquests isòtops en una supernova a través dels processos r i p, així com el seu transport des de la supernova fins als sediments marins de la Terra. Així fan una estimació del plutoni-244 i samari-146 que caldria esperar en sediments devonians si la seva hipòtesi és certa.

La hipòtesi de Fields et al. també tindria altres implicacions. La ionització de l’atmosfera amb raigs còsmics podria haver augmentat la freqüència de tempestes elèctriques i, en conseqüència, augmentar la deposició de nitrats i els incendis forestals. L’augment del flux de nitrat hauria tingut un efecte fertilitzant i, a través de la captura neta de CO2 atmosfèric, hauria afavorit un refredament global. El cas és que uns 300.000 anys abans de l’esdeveniment de Hangenberg hi ha indicis d’un refredament. També hi ha indicis, durant l’esdeveniment de Hangenberg, d’un augment dels dipòsits de sutge i de carbó, atribuïbles a un augment dels incendis forestals.

La hipòtesi de Fields et al. també implica un augment de la formació de muons energètics com a conseqüència de la interacció entre l’atmosfera i els raigs còsmics procedents de la supernova. Mentre que la radiació UV-B únicament podia afectar els ecosistemes terrestres i la primera capa dels ecosistemes aquàtics, la radiació muònica bé podria penetrar en els oceans fins més enllà de la capa fòtica (a fondàries de fins a 1 km). Durant anys, aquesta radiació muònica podria haver tingut un impacte biològic superior a la radiació UV-B solar. Així doncs, les extincions de megafauna marina (peixos cuirassats, etc.) també podrien haver-se degut a la radiació associada a la supernova.

Haurem de veure, doncs, si les recerques paleontològiques sobre la transició del Devonià al Carbonífer troben o no els indicis assenyalats per Fields et al.

Lligams:

- Supernova triggers for end-Devonian extinctions. Brian D. Fields, Adrian L. Melott, John Ellis, Adrienne F. Ertel, Brian J. Fry, Bruce S. Lieberman, Zhenghai Liu, Jesse A. Miller, Brian C. Thomas. PNAS (2020).

divendres, 7 d’agost de 2020

Lletra a Lancet sobre la gestió de la pandèmia de covid-19 a Espanya

Espanya ha tornat a superar en els darrers dies una incidència acumulada de 70 casos detectats de covid-19 dels darrers 14 dies per cada 100.000 habitants. Concentrada aquesta incidència a Aragó, Catalunya, Navarra, Euskadi i Madrid, és evident que som en una segona onada pandèmica, certament de menor impacte que la primera, que no es pot menystindre en absolut. Aquests dies, de nou, són consultades veus com les d’Alberto García-Basteiro, Alex Arenas, Rafael Bengoa, Carme Borrell, Margarita Del Val, Beatriz González López Valcárcel, Sergio Minué, Daniel Prieto-Alhambra o Helena Legido-Quigley. Aquests i altres noms, tan o més reconeguts en els darrers mesos pel gran públic, signen conjuntament una lletra a The Lancet sobre la necessitat d’una avaluació independent de la resposta a la covid-19 a Espanya.

Les xifres

A data del 4 d’agost, s’havien registrat a Espanya més de 300.000 casos de covid-19. El nombre de morts confirmades per covid-19 és de 28.498, mentre que les dades epidemiològiques assenyalen una mortalitat en excés associada a la pandèmica de 44.000. Paga la pena destacar que dels casos detectats de covid-19, una sisena part (50.000) corresponen a treballadors sanitaris. L’alta mortalitat registrada s’explica en bona mesura pels brots escaiguts en llars residencials de gent gran (on s’han produït 20.000 morts de covid-19).

Quan aquestes dades s’expressen per càpita, Espanya apareix en la llista de països més afectats per la pandèmia. En la lletra a Lancet, García-Basteiro et al. es demanen què ha passat, quan Espanya té un dels millors sistemes sanitaris del món (és el país n. 15 en l’índex de Seguretat Sanitària Global).

Entre les explicacions possibles s’han avançat algunes com ara:
- la manca de preparació per a un pandèmia, amb sistemes de vigilància epidemiològica febles, baixa capacitat per realitat proves de PCR, escassedat d’equips de protecció individual i d’equipament de cures intensives.
- la lenta reacció de les autoritats centrals i autonòmiques.
- la lentitud dels processos de presa de decisió.
- els alts nivells de mobilitat de la població.
- la manca de coordinació entre les autoritats estatals i autonòmiques.
- la baixa atenció a l’assessorament científic.
- l’envelliment demogràfic.
- les desigualtats socials i d’atenció a la salut que pateixen grups vulnerables.
- la manca de preparació dels centres residencials de la tercera edat.
- els efectes d’una dècada de polítiques d’austeritat sobre els sistemes de salut.

Una avaluació independent

García-Basteiro et al. defensen una avaluació independent encaminada a identificar les àrees on és necessària una millora. No es tracta tant de “trobar culpables”. No obstant, l’ambient polític i social sembla adherit a aquesta idea de la “culpabilitat”, projectada fins i tot en els casos individuals de covid-19, i que entre els màxims responsables pren formes de sectarisme partidari.

Lligams:

- The need for an independent evaluation of the COVID-19 response in Spain. Alberto García-Basteiro, Carlos Alvarez-Dardet, Alex Arenas, Rafael Bengoa, Carme Borrell, Margarita Del Val, Manuel Franco, Montse Gea-Sánchez, Juan Jesús Gestal Otero, Beatriz González López Valcárcel, Ildefonso Hernández, Joan Carles March, José M Martin-Moreno, Clara Menéndez, Sergio Minué, Carles Muntaner, Miquel Porta, Daniel Prieto-Alhambra, Carmen Vives-Cases, Helena Legido-Quigley. Lancet (2020).