Gli Appennini italiani emettono CO2

Le montagne tettonicamente attive svolgono un ruolo importante nella regolazione naturale della CO2 nell’atmosfera. Qui hanno luogo processi contrastanti: sulla superficie terrestre l'erosione provoca processi di alterazione che, a seconda del tipo di roccia, assorbono o rilasciano CO2. In profondità, il riscaldamento e la fusione della roccia carbonatica portano al rilascio di CO2 in superficie.

Negli Appennini centrali dell’Italia, i ricercatori guidati da Erika Erlanger e Niels Hovius del Centro di ricerca tedesco GFZ e Aaron Buff della Ludwig-Maximilians-Universität München hanno esaminato e bilanciato tutti questi processi per la prima volta. – Utilizzando, tra gli altri, l'analisi del contenuto di CO2 nei fiumi e nelle sorgenti di montagna. Hanno scoperto che il clima in questa regione porta ad un aumento complessivo della CO2. Tuttavia, questi processi in prossimità della superficie determinano il bilancio della CO2 solo nelle regioni con una crosta più spessa e più fredda. Nella parte occidentale dell'Appennino Centrale la crosta è più sottile e il flusso di calore è maggiore. Lì, le emissioni di CO2 dalle profondità sono 50 volte maggiori dell’assorbimento di CO2 dovuto agli agenti atmosferici. Nel complesso, il paesaggio analizzato è un emettitore di CO2. La struttura e la dinamica della crosta terrestre controllano le emissioni di CO2 qui in modo più forte rispetto all’alterazione chimica. Lo studio è pubblicato oggi sulla rivista scientifica Nature Geoscience.

Background: il ruolo delle montagne nel bilancio di CO2 della Terra

Oltre alle emissioni di CO2 provocate dall’uomo, molti processi naturali – sia biologici che geologici – svolgono un ruolo nel bilanciare il bilancio globale di CO2. I paesaggi montani modulano fortemente il ciclo del carbonio e i modelli climatici devono considerare adeguatamente la competizione tra le emissioni di CO2 e l’assorbimento di CO2 che si verifica qui.

Da un lato, le rocce sulla superficie terrestre sono alterate da processi di dissoluzione chimica: l'erosione espone continuamente la roccia, che, a seconda del tipo di roccia, si altera e assorbe o rilascia CO2 a ritmi diversi. I minerali silicati, ad esempio, legano la CO2 per formare il calcare. A sua volta, l’alterazione dei minerali contenenti carbonati e solfuri rilascia CO2.

Un gruppo di ricerca guidato da Aaron Bufe e Niels Hovius ha studiato la competizione per le emissioni di CO2 e il disaccoppiamento dal clima. Un ulteriore studio è stato pubblicato sulla rivista Scienza All'inizio di marzo. Hanno studiato l'influenza del tasso di erosione sul bilancio di CO2 Usando come esempi varie regioni montuose del mondo.

Tuttavia, la formazione di montagne non influisce solo sui tassi di erosione e di alterazione degli agenti atmosferici sulla superficie terrestre. Mentre le placche tettoniche scivolano l’una sull’altra, il riscaldamento della crosta e delle rocce carbonatiche al suo interno porta a reazioni chimiche associate alle emissioni di CO2.

“Gli studi precedenti spesso si concentrano su un processo e trattano separatamente gli agenti atmosferici superficiali e i processi in profondità. Volevamo cambiare la situazione”, afferma Niels Hovius.

Indagini in Appennino: emissione o stoccaggio di CO2 – quale processo domina?

La competizione tra processi superficiali e profondi è ora al centro di un nuovo studio di Erika Erlanger, scienziata post-dottorato presso GFZ e Université de Lorraine (Francia), Aaron Buffe, professore di sedimentologia alla LMU di Monaco. Ex scienziato post-dottorato al GFZ e Niels Hovius, capo del dipartimento di geologia al GFZ e professore all'Università di Potsdam, con colleghi provenienti da Francia, Italia, Stati Uniti e Svizzera.

Come spiega Erika Erlanger, prima autrice dello studio, l'Appennino centrale italiano si rivela un'area particolarmente adatta per questo studio: “Questa regione fa parte di una catena montuosa attiva con una crosta spessa e fredda e zone sottili. La crosta calda ci permette di studiare l'influenza dell'attività superficiale. Le condizioni climatiche. La topografia e i tipi di rocce superficiali sono simili in tutta la regione, quindi non dovrebbero esserci grandi differenze nell'attività meteorologica.

Campionamento e analisi del contenuto di CO2

Nell'Appennino centrale occidentale, la crosta ha uno spessore di circa 20 chilometri e ha un flusso di calore fino a 100 milliwatt per metro quadrato, mentre nella parte orientale la crosta ha uno spessore di oltre 40 chilometri, con un flusso di calore di circa 30 milliwatt per metro quadrato. metro. metro.

I ricercatori hanno prelevato un totale di 104 campioni di acqua nei sistemi fluviali del Devere occidentale e dell’Aterno-Pescara orientale, 49 dei quali nell’estate 2020 e 55 nell’inverno 2021, per stimare i flussi minimi (estivi) e massimi (invernali) di CO2 che coprono la zona calda. e le stagioni secche e le stagioni umide e fredde.

I modelli idrici sono adatti perché fiumi e torrenti trasportano carbonio, che ha origine dalla profondità e dalle reazioni atmosferiche vicino alla superficie. L'analisi chimica dei campioni comporta la determinazione dell'abbondanza relativa di vari isotopi di carbonio. Questi possono fornire informazioni sul fatto che il carbonio abbia avuto origine da una pianta o dall’atmosfera o sia stato rilasciato da rocce subdotte.

“Su questa base siamo stati in grado di calcolare la quantità di CO2 rilasciata in profondità dagli agenti atmosferici o dai carbonati e la quantità di CO2 trattenuta dai silicati esposti agli agenti atmosferici”, spiega Erlanger.

Per stimare il bilancio complessivo del bilancio di CO2 dell’Appennino, i ricercatori hanno preso in considerazione le stime delle emissioni di CO2 inorganica provenienti dai gas noti e dello scambio di CO2 organica dalla parte occidentale dell’Appennino.

Conclusione: gli Appennini centrali sono una fonte netta di CO2, ma con un bilancio di CO2 frazionato

Il gruppo di ricerca ha scoperto che i processi meteorologici nell’intera area di studio catturano principalmente CO2 e non la rilasciano. Sorprendentemente, tuttavia, dove la crosta è sottile e il flusso di calore è elevato, il rilascio di CO2 dalla profondità supera i flussi di CO2 legati alle condizioni meteorologiche di un fattore compreso tra 10 e 50. Nel complesso, la regione è una fonte di CO2.

“È importante sottolineare che le fluttuazioni nel rilascio di CO2 dal substrato roccioso profondo sono molto maggiori delle fluttuazioni nei flussi di alterazione chimica. Ciò significa che la geodinamica regionale nell’Appennino centrale influenza il ciclo del carbonio in modo più forte modulando il rilascio di CO2 dalla profondità e non influenza le risposte climatiche”. riassume Erika Erlanger “Sulla base dell'evoluzione geologica dell'area, stimiamo che l'emissione di CO2 dalla crosta terrestre potrebbe essersi verificata negli ultimi 2 milioni di anni.”

Ulteriori implicazioni: migliori modelli climatici e comprensione del regolare bilancio della CO2 su scale temporali geologiche

“I nostri studi contribuiranno a una migliore comprensione del reale bilancio di CO2 nell'atmosfera e, quindi, a migliori modelli climatici a lungo termine”, afferma Aaron Puff. “Contribuiscono anche a chiarire come il nostro pianeta abbia mantenuto condizioni su breve scala favorevoli alla vita, bilanciando le emissioni di CO2 e i processi di stoccaggio della CO2 nel corso del tempo geologico”.

Niels Hovius guarda al futuro: “Se vogliamo studiare il ruolo delle montagne per il ciclo del carbonio terrestre in senso più generale, anche le questioni geologiche apparentemente semplici richiedono un approccio olistico. Le catene montuose geologicamente giovani sono di particolare interesse ai confini delle placche, dove il carbonato le rocce possono predominare vicino alla superficie e in profondità. L'odierna regione mediterranea e altre catene montuose relativamente giovani, come l'arcipelago indonesiano, presentano condizioni geologiche e tipi di roccia simili a quelli dell'Appennino centrale. La prossima grande domanda che dobbiamo affrontare è se il degassamento avviene in profondità. le regioni tettoniche attive possono essere un fenomeno globale nello spazio e nel tempo.

Nota: Erlanger E, Buffet A, Paris G, et al. Bilancio del carbonio dell'Appennino Centrale modificato dal rilascio profondo di CO2 e dalla geodinamica. Nat Geosi. 2024. doi: 10.1038/s41561-024-01396-3

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