Cosa ci insegna del nostro passato una mummia di cinquemila anni fa?
IN COPERTINA e nel testo, Head of E.O.W., di Frank Auerbach
Questo testo è un estratto da Rompicapo geologici e chi li ha risolti di Donald Prothero, ringraziamo Aboca per la gentile concessione.
di Donald Prothero
“Stiamo collaborando con un importante studio di Hollywood per un film intitolato “Rame”. È ambientato nel XXIV secolo, su Marte. A quel tempo ci sono 27 miliardi di persone al mondo, il rame è il metallo più prezioso perché tutto funziona con l’elettricità e non esiste più la combustione fossile.”
Robert Friedland
L’uomo venuto dal ghiaccio
Il 19 settembre 1991 due coniugi tedeschi, durante un’escursione a 3.210 metri nelle Alpi Venoste, presero una scorciatoia dal sentiero segnalato. Mentre camminavano scorsero un oggetto scuro congelato nel ghiaccio che in un primo momento sembrò loro spazzatura lasciata da un precedente escursionista. Una volta avvicinatisi, videro una testa umana e un busto che sporgevano dal ghiaccio. Il corpo era così ben conservato che sia i tedeschi, sia in seguito medico legale e polizia, pensarono fosse la vittima di un crimine recente o una persona che si era persa e aveva incontrato una tragica fine. Era davvero un escursionista smarrito – ma l’incidente era molto antico. Nell’obitorio locale esaminarono vestiario e utensili, e si resero conto che si trattava del corpo mummificato di un essere umano del Neolitico. La datazione successiva stabilì che visse circa 5.300 anni fa. Soprannominato “Ötzi”, dalla valle di Ötz, dove fu rivenuto, ma anche “l’uomo venuto dal ghiaccio” o “l’uomo del Similaun” (Fig. 2.1), questo sopravvissuto e tutto il suo corredo hanno fornito preziosi indizi sulle civiltà umane durante l’era in cui gli strumenti di rame sostituirono gli strumenti di pietra.
All’inizio dell’evoluzione umana, armi e strumenti di lavoro venivano realizzati con rocce come selce e ossidiana. Paleolitico e Neolitico, ovvero la vecchia e la nuova Età della Pietra, rappresentano il primo stadio della cultura tecnologica degli ominidi, che risale ad almeno 2 milioni di anni fa. Gli oggetti di pietra avevano però i loro limiti: erano fragili e più difficili da modellare rispetto a quelli di metallo. Gli strumenti di rame hanno dato luogo alla transizione degli ominidi dall’Età della Pietra al Calcolitico, o Età del Rame, seguita dall’Età del Bronzo, in cui utensili e armi erano realizzati in una lega di rame e stagno. Questi metalli fornivano oggetti più taglienti e leggeri rispetto a quelli di pietra, e duravano più a lungo. Gli eserciti dotati di spade e lance con punta metallica ebbero maggiori vantaggi e, grazie al loro impiego, conquistarono grandi domini. Gli utensili metallici erano fortemente connessi allo stile di vita sedentario dei villaggi agricoli: è indubbio che i metalli rendessero la vita più facile in quelle comunità, per contro era necessario trovare i giacimenti e avere qualcuno abbastanza abile da lavorare tali materiali. Le pietre possono essere raccolte praticamente ovunque, ma il trattamento dei metalli richiede competenze specialistiche che si possono sviluppare solo in grandi comunità con artigiani dedicati e reti commerciali per l’approvvigionamento.
A differenza della maggior parte degli elementi e dei minerali, in natura il rame si presenta spesso allo stato nativo come elemento puro, al pari di oro, argento, zolfo e grafite, e di solito sotto forma di enormi cristalli. Alcune aree del mondo, come la penisola superiore del Michigan, sono ben note per i loro giacimenti, dislocati negli Stati Uniti centro-occidentali grazie ai ghiacciai. Alcuni dei primi strumenti di rame erano di metallo puro, che poteva essere modellato facilmente con martellamento a freddo. Da almeno 11.000 anni esistono oggetti realizzati con il rame, ne sono prova un ciondolo del Medio Oriente creato 10.700 anni fa e una testa d’ascia serba risalente a 7.500 anni fa, sottoposta a raffinazione mediante fusione, il che testimonia il progresso della metallurgia.
L’Età del Rame fu un periodo di transizione tra Età della Pietra ed Età del Bronzo, ma ebbe luogo in luoghi diversi in tempi diversi: circa 4.800 anni fa in Cina, 5.000 anni in Sumeria ed Egitto, circa 4.300 anni nel nord Europa e forse 5.000 o addirittura 8.000 anni nel nord America. Ötzi aveva con sé quello che doveva essere il suo bene più prezioso, un’ascia con la punta di rame puro al 99,7%. Aveva anche arsenico tra i capelli, che ha fatto supporre un coinvolgimento, durante la sua esistenza, nel processo di fusione di questo metallo. La cultura dell’ascia da guerra ha dominato in diverse regioni europee da circa 7.500 a 5.300 anni fa, prima della comparsa in Medio Oriente di attrezzi in bronzo (una lega molto più resistente e durevole ottenuta da rame e stagno). La richiesta di rame rimase però costante, essendo il componente principale del bronzo.
L’isola del rame
In epoca greca e romana il rame era ancora ampiamente utilizzato, sebbene fosse migliorata la raffinazione del ferro e di altri metalli. I Greci chiamavano il rame chalkòs, e lo estraevano da zone limitate del Mediterraneo. I Romani lo chiamavano aes Cyprium, “metallo di Cipro”, perché a quel tempo veniva estratto principalmente in quell’isola. Da ciò deriva la parola latina per rame, cuprum, usata in seguito dagli alchimisti, motivo per cui il suo simbolo chimico è Cu. Gli antichi ritenevano Cipro “l’isola del rame”.
In effetti, Cipro è stata un luogo importante per tutta l’antichità, non solo per la posizione strategica nel Mediterraneo orientale, ma soprattutto per la sua ricchezza di minerali. Sull’isola esistono prove di società di cacciatori e raccoglitori risalenti a più di 12.000 anni fa e vi si trovano alcuni dei più arcaici pozzi acquiferi attualmente in uso nel mondo, vecchi di dieci millenni. Quei popoli ancestrali furono forse responsabili dell’estinzione di alcuni dei mammiferi endemici dell’era glaciale, come ippopotami nani ed elefanti nani, evoluti in forme pigmee a causa dell’isolamento, analogamente a quanto è avvenuto in altre isole come Madagascar e Creta. A Cipro le tombe degli esseri umani e dei loro gatti domestici risalgono al 9.500 a.C., più antichi di qualsiasi gatto egiziano mummificato. Il grande villaggio di Khirokitia risale all’8.800 a.C. ed è uno dei siti neolitici meglio conservati al mondo.
Nei millenni successivi Cipro fu conquistata e riconquistata da quasi tutte le potenze del mondo antico, principalmente per assicurarsi i suoi giacimenti. I Greci micenei la invasero intorno al 1400 a.C., e una seconda ondata avvenne intorno al 1050 a.C., quando la cultura greca decadde misteriosamente altrove. Cipro era importante nella mitologia micenea e anche in quella greca. Afrodite sarebbe nata dalla schiuma di una delle sue spiagge e lì ebbe origine anche Adone. A Cipro il leggendario scultore Pigmalione creò Galatea, il suo capolavoro, che gli dei trasformarono in una vera donna come ricompensa per l’artista. Zenone di Cizio, il fondatore dello stoicismo che portò le sue idee ad Atene intorno al 300 a.C., era cipriota.
Nell’VIII secolo a.C. le colonie fenicie sulla costa meridionale commercializzavano il prezioso rame estratto dalle miniere grazie al loro predominio sui mari. L’Impero assiro conquistò l’isola nel 708 a.C., poi la perse in favore degli Egizi, a loro volta sostituiti dai Persiani nel 545 a.C. Durante la rivolta ionica del 499 a.C. i Ciprioti, guidati dal re Onesilus di Salamina, si ribellarono all’Impero persiano. La rivolta non ebbe successo, ma l’isola rimase di cultura per lo più greca e ampiamente autonoma. I Greci dell’isola accolsero Alessandro il Grande quando scacciò i Persiani nel 333 a.C., e in seguito, quando Alessandro morì e le sue terre furono divise tra i suoi generali, Cipro divenne parte dell’Impero tolemaico d’Egitto. Infine, nel 58 a.C. l’isola fu conquistata dai Romani e rimase parte dell’Impero romano (e poi dell’Impero bizantino) fino al 1191, quando Riccardo Cuor di Leone, re d’Inghilterra, se ne impadronì durante la Terza Crociata e la utilizzò come base durante il tentativo di conquistare la Terra Santa. In seguito Riccardo vendette l’isola ai Cavalieri Templari, che a loro volta la cedettero a Guido di Lusignano, e alla fine divenne parte del Sacro Romano Impero. La Repubblica marinara di Venezia governò l’isola dal 1473 fino al 1570 circa, quando un assalto su vasta scala da parte di 60.000 turchi ottomani portò Cipro sotto il dominio musulmano. Nonostante la storia di Cipro sia costellata dall’occupazione di popoli diversi, la sanguinosa guerra che ha vissuto è stata in gran parte dovuta alla tensione tra la cultura greca, di lunga data, e la più recente cultura musulmana che ha prevalso dall’invasione ottomana. Nel 1974, infine, l’isola fu divisa in due, una parte turca musulmana nel nord-est (riconosciuta solo dalla Turchia) e una parte maggiore nel sud-ovest, prevalentemente di cultura greca.
Una fetta di oceano
Cosa ha reso Cipro la più ricca sorgente di rame nota nel mondo antico, facendone il bersaglio di tante invasioni e conflitti? Il rame veniva raccolto sull’isola già nel 4000 a.C. rimuovendo depositi di metallo quasi puro che affioravano dal terreno. Questi accumuli non durarono a lungo, ma i ciprioti trovarono l’origine dei giacimenti: le ofioliti dei monti Troodos, nella parte sud-occidentale.
Nel 1813 il geologo francese Alexandre Brongniart coniò la parola “ofiolite” per descrivere peculiari formazioni rinvenute nelle Alpi. Il termine deriva dal greco ophis (serpente); la maggior parte di queste rocce iniziano la loro vita come lava sui fondali marini e sono costituite da basalto trasformato in serpentina, una roccia metamorfica che deve il suo nome al fatto di assomigliare, per colore e aspetto, alla pelle dei rettili. Le ofioliti sono state individuate a Cipro nel 1968 e, nel tempo, anche in Macedonia e in Oman, nel golfo Persico. Si presentano sempre in una insolita ma prevedibile sequenza stratigrafica. Nella parte superiore ci sono i sedimenti oceanici, che coprono basalti a forma tonda, somiglianti a cuscini, da cui il nome “lava a cuscino” (Fig. 2.3A). Un tempo nessuno sapeva come si formassero, ma oggi possiamo vederne ogni volta che la lava erompe sott’acqua. In Internet si trovano diversi video di queste drammatiche eruzioni: nel momento in cui un flusso di magma sottomarino si muove sotto la crosta oceanica, nuova lava incandescente prorompe dalle fenditure della superficie esterna, divenuta solida, fuoriuscendo come un ammasso vischioso (Fig. 2.3B). Passa rapidamente dall’ardente rosso al gelido nero mentre l’acqua di mare ne smorza la temperatura, lasciando un grumo tondeggiante.
Immediatamente sotto gli strati di lave a cuscino ci sono grandi pareti verticali di lava solidificata chiamate dighe laminate, o dighe di alimentazione. Per decenni nessuno è riuscito a capire cosa le generasse, infine i geologi si sono resi conto che erano prodotte dalla penetrazione della lava lungo enormi fenditure verticali nella crosta, adiacenti l’una all’altra. Il magma, scorrendo attraverso queste crepe per alimentare le lave a cuscino, si raffredda e si solidifica nelle fessure. Sotto le lave a cuscino e le dighe laminate ci sono antiche camere magmatiche raffreddate, note come gabbri stratificati, rocce che hanno le stesse caratteristiche chimiche e mineralogiche del basalto soprastante: si sono raffreddate lentamente nella camera senza eruttare come lava, quindi i loro minerali sono molto più grossolani di quelli che si trovano in qualsiasi roccia vulcanica. Infine, molte associazioni ofiolitiche comprendono uno strato di peridotite nella parte inferiore, che ora si sa essere una porzione del mantello superiore.
Da più di 150 anni sono mappate e descritte le misteriose ofioliti di Cipro e di altre regioni, ma nessuno era riuscito a spiegare come si fossero formate tali bizzarre successioni rocciose. La risposta è arrivata solo con la “rivoluzione” della tettonica a placche, alla fine degli anni sessanta. I geologi iniziarono a rendersi conto che quando il fondale si espandeva lungo una dorsale medio-oceanica il prodotto naturale di tale processo era una ofiolite (Fig. 2.5). La parte più alta della crosta di diffusione era costituita da lave a cuscino, formate dal magma che aveva raggiunto l’acqua di mare e si era raffreddato. Sotto queste, quando la crosta si separava, si formavano crepe verticali che si riempivano di lava, formando le dighe laminate. La fonte di tutto questo materiale vulcanico, per finire, era il gabbro stratificato della camera magmatica sottostante, e al di sotto di questo alcune ofioliti contenevano anche porzioni di roccia del mantello superiore.
Ma come hanno fatto rocce nate nelle profondità dell’oceano ad affiorare sulla terraferma, comparendo in alcuni luoghi come Cipro? Anche questa è una conseguenza della tettonica a placche. Quando due zolle convergono l’una contro l’altra, una delle due (costituita da crosta oceanica) di solito scorre sotto e affonda nel mantello, in quella che è nota come zona di subduzione. La maggior parte della zolla di crosta oceanica subducente scorre gradualmente e senza impedimenti verso il basso, all’interno del mantello, anche se gran parte dei sedimenti del fondale, sulla parte superiore della zolla, viene abrasa e depositata sul bordo della piastra sovrastante, in quello che è noto come prisma o cuneo di accrezione. Di tanto in tanto, tuttavia, una parte di crosta oceanica stessa viene asportata dalla zolla discendente e spinta nel prisma di accrezione. Questo fenomeno può essere osservato in California, nelle ofioliti ai piedi della Sierra occidentale, nei monti Klamath e in particolare nelle Pacific Coast Ranges, tutte originatesi quando la California era una zona di subduzione. Le ofioliti si formano anche quando due continenti collidono e la crosta oceanica tra loro rimane intrappolata e viene sollevata in una catena montuosa, come è successo a Cipro quando la placca africana si è scontrata con la placca anatolica dell’Eurasia.
In fondo al mare
L’origine della zona di espansione medio-oceanica delle ofioliti è stata confermata da molte misurazioni e osservazioni delle attuali dorsali durante gli anni settanta. Ma perché le ofioliti come quelle di Cipro erano così ricche di minerali come il rame? Questo enigma è stato risolto nel 1977, quando è stata fatta una drammatica scoperta sul fondo dell’oceano. Con l’aiuto del piccolo sottomarino da ricerca Alvin, in grado di arrivare a quasi 4.800 chilometri di profondità, gli scienziati della Woods Hole Oceanographic Institution hanno trascorso ore a indagare il fondale marino vicino alle dorsali.
A tali profondità, l’oscurità è totale e sembra di navigare nell’inchiostro. La temperatura è appena sopra lo zero, e la massa d’acqua soprastante esercita una pressione di circa mezza tonnellata per centimetro quadrato, 400 volte quella che si sperimenta al livello del mare. Schiaccerebbe qualsiasi sottomarino non appositamente costruito allo scopo. Gli scienziati dell’Alvin non hanno visto solo enormi aree di basalti a cuscino, ma un fenomeno ancor più sorprendente: pennacchi di acqua surriscaldata, scagliata fuori da camini formati dalla cristallizzazione dei minerali di cui è ricca (come la pirite, o bisolfuro di ferro, con formula FeS2, nota anche come “oro degli stolti”). Soprannominati “fumarole nere”, questi camini si formano quando l’acqua del mare, percolata nel magma incandescente sotto la crosta oceanica, riemerge surriscaldata da una fenditura. Fra gli abbondanti minerali disciolti nell’acqua non c’è solo la pirite, ma anche solfuri del rame (come la covellite, CuS, la calcocite, Cu2S, e la calcopirite, CuFeS2), dello zinco e del piombo, oltre a manganese, argento, oro e altri metalli. I minerali disciolti nell’acqua provengono dalla crosta e precipitano a contatto con il gelo dei fondali, assumendo il tipico colore nero.
Ancora più singolare è stato scoprire che queste fumarole nere sostenevano un’intera comunità di organismi completamente nuovi per la scienza. Vongole giganti di più di un metro, lunghi vermi tubolari, strani granchi albini, e molte altre creature mai viste prima. Ricordo ancora vividamente un seminario a Woods Hole nel 1978, quando stavo svolgendo ricerche per la tesi, e ho assistito alla prima presentazione di questi strani animali.
Alla fine gli scienziati si sono resi conto che quei bizzarri esseri viventi rappresentavano una comunità biologica unica che si trova solo vicino alle bocche idrotermali profonde delle dorsali oceaniche. A differenza della maggior parte degli ecosistemi in cui la catena trofica si basa sui vegetali, produttori primari che attraverso la fotosintesi convertono la luce solare in materia organica, queste comunità vivono in un mondo buio; alla base della piramide alimentare ci sono batteri zolfo-riduttori che vivono in acque surriscaldate sulfuree, e convertono in carbonio l’energia delle sorgenti calde attraverso la chemiosintesi. Tutti gli organismi nei livelli trofici successivi si nutrono di questi batteri o di organismi più piccoli che a loro volta si cibano di batteri. Lo schema generico che si impara a scuola, quindi, in cui le piramidi alimentari hanno i vegetali alla base, non è valido sul fondo del mare. Al posto di comunità fotosintetiche basate sulle piante, queste sono comunità chemiosintetiche basate sui batteri.
Le fumarole nere hanno risolto anche il mistero delle ofioliti cipriote ricche di rame. Queste sorgenti sono accentratori naturali di minerali come ferro, rame, zinco, piombo, manganese e altri solfuri metallici: l’acqua surriscaldata dissolve i metalli e quella fredda li fa precipitare lungo i camini. Gli antichi minatori di Cipro attingevano inconsapevolmente la loro ricchezza da un frammento di fondale marino giurassico le cui fumarole nere erano state sollevate sui monti Troodos dalla tettonica a placche.
Articolo molto interessante, ma la profondità raggiungibile dal sottomarino immagino sia 4800 metri e non chilometri..
Fantastiche scoperte narrate magnificamente!