I ricercatori hanno scoperto che la formazione e la rottura dei supercontinenti nel corso di centinaia di milioni di anni controlla le emissioni di carbonio vulcanico. I risultati, riportato sul giornale Scienza , potrebbe portare a una reinterpretazione di come il ciclo del carbonio si è evoluto nel corso della storia della Terra, e come questo ha avuto un impatto sull'evoluzione dell'abitabilità della Terra.

I ricercatori, dell'Università di Cambridge, ha utilizzato misurazioni esistenti di carbonio ed elio provenienti da più di 80 vulcani in tutto il mondo per determinarne l'origine. Il carbonio e l'elio che escono dai vulcani possono provenire dalle profondità della Terra o essere riciclati vicino alla superficie, e misurare l'impronta chimica di questi elementi può individuare la loro fonte. Quando il team ha analizzato i dati, hanno scoperto che la maggior parte del carbonio che esce dai vulcani viene riciclato vicino alla superficie, in contrasto con le ipotesi precedenti che il carbonio provenisse dalle profondità dell'interno della Terra. "Questo è un pezzo essenziale del puzzle geologico del ciclo del carbonio, " ha detto la dottoressa Marie Edmonds, l'autore senior dello studio.

Nel corso di milioni di anni, cicli di carbonio avanti e indietro tra l'interno profondo della Terra e la sua superficie. Il carbonio viene rimosso dalla superficie da processi come la formazione di calcare e la sepoltura e il decadimento di piante e animali, che consente all'ossigeno atmosferico di crescere in superficie. I vulcani sono un modo in cui il carbonio viene riportato in superficie, anche se la quantità che producono è inferiore a un centesimo della quantità di emissioni di carbonio causate dall'attività umana. Oggi, la maggior parte del carbonio dei vulcani viene riciclato vicino alla superficie, ma è improbabile che sia sempre stato così.

I vulcani si formano lungo grandi isole o archi continentali dove le placche tettoniche si scontrano e una placca scivola sotto l'altra, come le isole Aleutine tra Alaska e Russia, le Ande del Sud America, i vulcani di tutta Italia, e le Isole Marianne nel Pacifico occidentale. Questi vulcani hanno diverse impronte chimiche:i vulcani "ad arco insulare" emettono meno carbonio che proviene dal profondo del mantello, mentre i vulcani ad "arco continentale" emettono molto più carbonio che proviene da più vicino alla superficie.

In centinaia di milioni di anni, la Terra ha attraversato periodi di continenti che si uniscono e si separano. Durante i periodi in cui i continenti si uniscono, l'attività vulcanica era dominata da vulcani ad arco insulare; e quando i continenti si spezzano, dominano gli archi vulcanici continentali. Questo avanti e indietro cambia l'impronta chimica del carbonio che arriva sulla superficie terrestre sistematicamente nel tempo geologico, e può essere misurato attraverso i diversi isotopi di carbonio ed elio.

Variazioni nel rapporto isotopico, o impronta chimica, di carbonio sono comunemente misurati in calcare. I ricercatori avevano precedentemente pensato che l'unica cosa che potesse cambiare l'impronta di carbonio nel calcare fosse la produzione di ossigeno atmosferico. Come tale, l'impronta digitale dell'isotopo di carbonio nel calcare è stata utilizzata per interpretare l'evoluzione dell'abitabilità della superficie terrestre. I risultati del team di Cambridge suggeriscono che i vulcani hanno svolto un ruolo più importante nel ciclo del carbonio di quanto si fosse precedentemente compreso, e che le ipotesi precedenti devono essere riconsiderate.

"Questo ci fa rivalutare fondamentalmente l'evoluzione del ciclo del carbonio, " ha detto Edmonds. "I nostri risultati suggeriscono che il record di calcare deve essere completamente reinterpretato se il carbonio vulcanico che arriva in superficie può cambiare la sua composizione isotopica di carbonio".

Un grande esempio di questo è nel periodo Cretaceo, 144-65 milioni di anni fa. Durante questo periodo di tempo c'è stato un notevole aumento del rapporto isotopico di carbonio trovato nel calcare, che è stato interpretato come un aumento della concentrazione di ossigeno nell'atmosfera. Questo aumento dell'ossigeno atmosferico era legato alla proliferazione dei mammiferi nel tardo Cretaceo. Però, i risultati del team di Cambridge suggeriscono che l'aumento del rapporto isotopico di carbonio nei calcari potrebbe essere quasi interamente dovuto a cambiamenti nei tipi di vulcani in superficie.

"Il legame tra i livelli di ossigeno e la sepoltura di materiale organico ha permesso alla vita sulla Terra come la conosciamo di evolversi, ma la nostra documentazione geologica di questo collegamento deve essere rivalutata, ", ha affermato la coautrice, la dott.ssa Alexandra Turchyn, anche dal Dipartimento di Scienze della Terra.