(AGENPARL) - Roma, 30 Novembre 2023

[lid] Un’argilla dalla struttura a fisarmonica chiamata smectite intrappola efficacemente il carbonio organico e potrebbe aiutare a tamponare il riscaldamento globale per milioni di anni.

I geologi del MIT hanno scoperto che un minerale argilloso presente sul fondale marino, chiamato smectite, ha una capacità sorprendentemente potente di sequestrare il carbonio per milioni di anni.

Al microscopio, un singolo granello di argilla ricorda le pieghe di una fisarmonica. Queste pieghe sono note per essere efficaci trappole per il carbonio organico.

Ora, il team del MIT ha dimostrato che le argille che intrappolano il carbonio sono un prodotto della tettonica a placche: quando la crosta oceanica si schiaccia contro una placca continentale, può portare in superficie rocce che, nel tempo, possono trasformarsi in minerali tra cui la smectite. Alla fine, il sedimento argilloso si deposita nell’oceano, dove i minerali intrappolano frammenti di organismi morti nelle loro pieghe microscopiche. Ciò impedisce al carbonio organico di essere consumato dai microbi e di essere espulso nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica.

Nel corso di milioni di anni, la smectite può avere un effetto globale, contribuendo a raffreddare l’intero pianeta. Attraverso una serie di analisi, i ricercatori hanno dimostrato che la smectite è stata probabilmente prodotta dopo diversi importanti eventi tettonici negli ultimi 500 milioni di anni. Durante ogni evento tettonico, le argille hanno intrappolato abbastanza carbonio da raffreddare la Terra e provocare la successiva era glaciale.

I risultati sono i primi a dimostrare che la tettonica a placche può innescare ere glaciali attraverso la produzione di smectite che intrappola il carbonio.

Queste argille si trovano oggi in alcune regioni tettonicamente attive e gli scienziati ritengono che la smectite continui a sequestrare il carbonio, fornendo un cuscinetto naturale, anche se ad azione lenta, contro le attività umane di riscaldamento climatico.

“L’influenza di questi minerali argillosi senza pretese ha implicazioni ad ampio raggio per l’abitabilità dei pianeti”, afferma Joshua Murray, uno studente laureato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’atmosfera e dei pianeti del MIT. “Potrebbe anche esserci un’applicazione moderna per queste argille per compensare parte del carbonio che l’umanità ha immesso nell’atmosfera”.

Murray e Oliver Jagoutz, professore di geologia al MIT, hanno pubblicato oggi i loro risultati su Nature Geoscience .

Un’argilla chiara e presente

Il nuovo studio fa seguito al lavoro precedente del team, che mostrava che ciascuna delle principali ere glaciali della Terra è stata probabilmente innescata da un evento tettonico nei tropici . I ricercatori hanno scoperto che ciascuno di questi eventi tettonici ha esposto nell’atmosfera le rocce oceaniche chiamate ofioliti. Hanno avanzato l’idea che, quando si verifica una collisione tettonica in una regione tropicale, le ofioliti possono subire determinati effetti atmosferici, come l’esposizione al vento, alla pioggia e alle interazioni chimiche, che trasformano le rocce in vari minerali, comprese le argille.

“Quei minerali argillosi, a seconda del tipo che crei, influenzano il clima in modi diversi”, spiega Murray.

All’epoca non era chiaro quali minerali potessero derivare da questo effetto degli agenti atmosferici e se e come questi minerali potessero contribuire direttamente al raffreddamento del pianeta. Quindi, anche se sembrava che esistesse un legame tra la tettonica a placche e le ere glaciali, l’esatto meccanismo attraverso il quale l’una poteva innescare l’altra era ancora in discussione.

Con il nuovo studio, il team ha cercato di vedere se il processo di alterazione tettonica tropicale proposto avrebbe prodotto minerali che intrappolano il carbonio e in quantità sufficienti a innescare un’era glaciale globale.

Il team ha innanzitutto esaminato la letteratura geologica e raccolto dati sui modi in cui i principali minerali magmatici si alterano nel tempo e sui tipi di minerali argillosi che questa alterazione può produrre. Hanno poi trasformato queste misurazioni in una simulazione degli agenti atmosferici di diversi tipi di rocce che sono note per essere esposte alle collisioni tettoniche.

“Poi esaminiamo cosa succede a questi tipi di roccia quando si rompono a causa degli agenti atmosferici e dell’influenza di un ambiente tropicale, e quali minerali si formano di conseguenza”, afferma Jagoutz.

Successivamente, hanno collegato ciascun minerale “prodotto finale” esposto alle intemperie in una simulazione del ciclo del carbonio terrestre per vedere quale effetto potrebbe avere un dato minerale, sia nell’interazione con il carbonio organico, come frammenti di organismi morti, sia con quello inorganico, in sotto forma di anidride carbonica nell’atmosfera.

Da queste analisi, un minerale ha avuto una chiara presenza ed effetto: la smectite. Non solo l’argilla era un prodotto naturale della tettonica tropicale, ma era anche molto efficace nel intrappolare il carbonio organico. In teoria, la smectite sembrava una solida connessione tra la tettonica e le ere glaciali.

Ma le argille effettivamente presenti erano sufficienti a innescare le quattro ere glaciali precedenti? Idealmente, i ricercatori dovrebbero confermarlo trovando smectite in antichi strati rocciosi risalenti a ciascun periodo di raffreddamento globale.

“Sfortunatamente, poiché le argille vengono sepolte da altri sedimenti, si cuociono un po’, quindi non possiamo misurarle direttamente”, dice Murray. «Ma possiamo cercare le loro impronte digitali.»

Una costruzione lenta

Il team ha concluso che, poiché le smectiti sono un prodotto delle ofioliti, queste rocce oceaniche contengono anche elementi caratteristici come nichel e cromo, che sarebbero preservati negli antichi sedimenti. Se le smectiti fossero presenti in passato, dovrebbero esserlo anche il nichel e il cromo.

Per testare questa idea, il team ha esaminato un database contenente migliaia di rocce sedimentarie oceaniche depositate negli ultimi 500 milioni di anni. Durante questo periodo di tempo, la Terra ha vissuto quattro ere glaciali separate. Osservando le rocce attorno a ciascuno di questi periodi, i ricercatori hanno osservato grandi picchi di nichel e cromo e da ciò hanno dedotto che doveva essere presente anche la smectite.

Secondo le loro stime, il minerale argilloso avrebbe potuto aumentare la conservazione del carbonio organico di meno di un decimo di punto percentuale. In termini assoluti, si tratta di una quantità minuscola. Ma nel corso di milioni di anni, hanno calcolato che il carbonio accumulato e sequestrato nell’argilla era sufficiente a innescare ciascuna delle quattro principali ere glaciali.

“Abbiamo scoperto che in realtà non è necessaria una grande quantità di questo materiale per avere un enorme effetto sul clima”, afferma Jagoutz.

“Queste argille hanno probabilmente contribuito in parte al raffreddamento della Terra negli ultimi 3-5 milioni di anni, prima che gli esseri umani fossero coinvolti”, aggiunge Murray. “In assenza dell’uomo, queste argille probabilmente stanno facendo la differenza per il clima. È semplicemente un processo così lento.

“Il lavoro di Jagoutz e Murray è una bella dimostrazione di quanto sia importante considerare tutte le componenti biotiche e fisiche del ciclo globale del carbonio”, afferma Lee Kump, professore di geoscienze alla Penn State University, che non è stato coinvolto nello studio. “I feedback tra tutti questi componenti controllano le concentrazioni atmosferiche di gas serra su tutte le scale temporali, dall’aumento e la diminuzione annuali dei livelli atmosferici di anidride carbonica alle oscillazioni dalla ghiacciaia alla serra nel corso di milioni di anni”.

Gli smectiti potrebbero essere sfruttati intenzionalmente per ridurre ulteriormente le emissioni di carbonio nel mondo? Murray vede alcune potenzialità, ad esempio per sostenere le riserve di carbonio come le regioni di permafrost. Si prevede che le temperature in aumento scioglieranno il permafrost ed esporranno il carbonio organico sepolto da tempo. Se le smectiti potessero essere applicate a queste regioni, le argille potrebbero impedire al carbonio esposto di fuoriuscire e riscaldare ulteriormente l’atmosfera.

“Se vuoi capire come funziona la natura, devi capirlo su scala minerale e granulare”, afferma Jagoutz. “E questa è anche la strada da seguire per trovare soluzioni a questa catastrofe climatica. Se studi questi processi naturali, ci sono buone probabilità che ti imbatterai in qualcosa che sarà effettivamente utile”.

Questa ricerca è stata finanziata, in parte, dalla National Science Foundation.

I geologi del MIT hanno scoperto che l’attività tettonica dà origine alla smectite, un tipo di argilla che può sequestrare una quantità sorprendente di carbonio organico all’interno delle sue pieghe microscopiche (mostrate qui), nel corso di milioni di anni.

Crediti:Credito: foto per gentile concessione di Anthony Priestas, Boston University