Quanto carbonio c’è all’interno della Terra, e come contribuisce al clima che cambia

«Il suo ricircolo regola i livelli di anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera, giocando quindi un ruolo primario nel controllo dei cambiamenti climatici su scala geologica»

[17 Agosto 2021]

I gas magmatici rilasciati dai vulcani (attivi o quiescenti) sono preziose fonti d’informazione sulla composizione profonda della Terra, e proprio su di essi si basa il nuovo approccio sviluppato da un team di geologi italiani per quantificare il carbonio immagazzinato nel mantello superiore della Terra.

Un dato fondamentale per conoscere meglio il contributo di questa fonte geologica alla presenza complessiva di anidride carbonica (CO2), la principale responsabile dei cambiamenti climatici in atto.

«Il carbonio è il quarto elemento più abbondante in termini di massa nell’universo, ed è un elemento chiave per la vita – spiega Alessandro Aiuppa, primo autore della ricerca – Il suo ricircolo, da e verso l’interno della Terra, regola i livelli di anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera, giocando quindi un ruolo fondamentale nel rendere il nostro pianeta abitabile.  I magmi derivati dal mantello sono i mezzi di trasporto più efficaci per portare il carbonio verso l’idrosfera e l’atmosfera, dove gioca un ruolo primario nel controllo dei cambiamenti climatici su scala geologica».

Il team di ricercatori italiani guidato da Aiuppa (Università di Palermo) e che vede fra i co-autori Federico Casetta (Università di Ferrara), Massimo Coltorti (Università di Ferrara), Vincenzo Stagno (Sapienza Università di Roma) e Giancarlo Tamburello (Ingv), ha dunque sviluppato un nuovo approccio per ricostruire la quantità di carbonio immagazzinato nel mantello superiore della terra, dalla cui fusione sono segregati i magmi.

Nel loro studio appena pubblicato su Nature, i ricercatori hanno revisionato e catalogato i dati relativi al contenuto in CO2 (e zolfo) nei gas vulcanici emessi da 12 vulcani di hot-spot e di rifting continentale, i cui magmi sono generati da sorgenti mantelliche più profonde rispetto a quelle del mantello impoverito da cui derivano i magmi delle dorsali medio-oceaniche.

I risultati ottenuti, ricapitolati dall’Ingv, hanno permesso di comprendere che il mantello superiore (50-250 km di profondità) che alimenta il vulcanismo in aree di rifting continentale e di hot-spot contiene in media 350 parti per milione (ppm) di carbonio (intervallo compreso tra 100 e 700 ppm di carbonio). Questo ampio range conferma la visione di un mantello superiore fortemente eterogeneo, la cui composizione è stata variabilmente modificata, in tempi geologici, dall’infiltrazione di fusi carbonatici-silicatici generati in profondità. Le nuove stime ottenute da Aiuppa e co-autori indicano che il mantello superiore ha una capacità totale di carbonio di circa ~1.2·1023 g. È possibile che la Terra, nelle sue porzioni interne, sia in grado di contenere ancora più carbonio, come suggerito dai diamanti provenienti da profondità sub-litosferiche (fino a 700 km), i quali mostrano evidenze dell’esistenza di minerali e fusi che contengono significative quantità di carbonio.

«Il ciclo del carbonio cui di solito pensiamo – conclude Coltorti – è quello superficiale, riferito all’atmosfera e all’idrosfera: la concentrazione del carbonio in questi sistemi è riconosciuta come determinante per i cambiamenti climatici. Quello che si conosce invece molto poco e su cui la comunità scientifica internazionale sta lavorando da tempo è il cosiddetto ciclo profondo del carbonio, legato ai cicli geologici che creano le catene montuose e che portano il carbonio all’interno del mantello. Carbonio che in parte poi si ritrova anche nei diamanti e in parte ritorna in superficie attraverso l’attività vulcanica.  Le emissioni di anidride carbonica provenienti dai vulcani costituiscono in questo senso un background, ancora di fatto non perfettamente quantificato a scala globale, a cui si sommano le emissioni che provengono dall’attività umana, e su cui tanta attenzione viene posta nello studio dei cambiamenti climatici».