Circa 250 milioni di anni fa, una massiccia eruzione vulcanica inondò di lava l'odierna Siberia, creando le trappole siberiane, altipiani giganti formati da più strati di lava. L'eruzione ha anche rilasciato enormi quantità di anidride carbonica nell'atmosfera che ha alterato rapidamente il clima e ha innescato l'evento di estinzione di massa del Permiano-Triassico che ha spazzato via oltre il 90% delle specie marine e il 70% delle specie terrestri. Dopo l'eruzione, però, le trappole siberiane hanno iniziato a riportare l'anidride carbonica atmosferica nella crosta attraverso gli agenti atmosferici e l'erosione. Le trappole siberiane sono la più grande di numerose alluvioni di basalto, chiamate Grandi Province Ignee (LIP), che si sono verificati durante la storia della Terra e che probabilmente hanno avuto un ruolo nella regolazione del clima terrestre.

In un nuovo giornale in Lettere di ricerca geofisica , autore principale Louis Johansson, insieme ai membri del Deep Carbon Observatory Sabin Zahirovic e Dietmar Muller della School of Geosciences dell'Università di Sydney, hanno modellato l'eruzione delle labbra e il loro movimento come risultato della tettonica delle placche in tutto il mondo negli ultimi 400 milioni di anni.

I ricercatori hanno confrontato i tempi dell'eruzione e degli agenti atmosferici del labbro con le stime dell'anidride carbonica atmosferica per vedere se le eruzioni e gli agenti atmosferici hanno avuto un effetto di controllo. Attraverso la loro analisi, i ricercatori sono stati in grado di individuare momenti specifici in cui i LIP sono stati determinanti per aumentare o diminuire il termostato globale della Terra.

"Queste enormi eruzioni producono un'enorme quantità di anidride carbonica e possono cambiare il clima e innescare grandi estinzioni, ", ha detto Zahirovic.

"Ma la Terra ha meccanismi incorporati per eliminare l'anidride carbonica dall'atmosfera in tempi geologici".

Le labbra possono assorbire grandi quantità di anidride carbonica perché le lave basaltiche sono piene di rocce ricche di silicati che sono particolarmente vulnerabili agli agenti atmosferici. Quando la pioggia cade attraverso un'atmosfera ricca di anidride carbonica, scioglie il gas e forma piogge acide. L'acido debole reagisce con i minerali di silicato nelle labbra per formare sedimenti di carbonato di lunga durata. Caldo, gli ambienti piovosi accelerano il processo di erosione, e quindi si verifica più erosione quando i LIP si trovano nelle regioni vicino all'equatore, che hanno temperature elevate e ricevono la maggior parte delle precipitazioni.

Gli scienziati hanno esaminato gli impatti climatici dei singoli LIP, ma nessuno aveva considerato il lungo termine, impatti globali dei LIP, mentre si muovevano intorno alla Terra su continenti mutevoli.

I ricercatori hanno utilizzato GPlates, uno strumento software open source che ricostruisce il movimento delle placche tettoniche attraverso la storia della Terra, sviluppato dal gruppo EarthByte di Müller presso l'Università di Sydney insieme a collaboratori internazionali. Hanno preso in considerazione i tempi delle eruzioni LIP e quanti milioni di anni ogni LIP ha trascorso vicino all'equatore per stimare l'erosione. Quindi hanno confrontato l'emissione e l'assorbimento di anidride carbonica dai LIP con le stime dell'anidride carbonica atmosferica utilizzando i dati proxy di una compilazione pubblicata in precedenza.

Per ottenere un confronto imparziale, i ricercatori hanno eseguito un'analisi wavelet, che è un test statistico che confronta due serie di misurazioni nel tempo per vedere se e quando sono correlate.

"Questa analisi elimina il movimento del braccio e ci dice anche quando un particolare segnale conduce un altro segnale, quindi ci dà un'indicazione, forse, di causalità, ", ha detto Zahirovic.

Quando i ricercatori hanno confrontato il livello stimato di anidride carbonica nell'atmosfera con l'eruzione e l'erosione delle labbra, sono stati in grado di identificare diversi salti e cali associati nell'anidride carbonica atmosferica, mostrando che queste inondazioni di basalto hanno avuto un ruolo nella modulazione della temperatura della Terra per milioni di anni.

"Quello che mi ha sorpreso è che 200 milioni di anni fa, mentre Pangea andava in pezzi, e l'Atlantico si apriva, la provincia magmatica dell'Atlantico centrale ha prodotto un'enorme quantità di lava, ", ha detto Zahirovic.

"Si può vedere che nel registro proxy dell'anidride carbonica, c'è un enorme aumento di anidride carbonica [dopo l'eruzione], ma poi poiché la provincia vulcanica trascorre molto tempo nell'umida fascia quasi equatoriale, è seguito da una rapida diminuzione dell'anidride carbonica".

L'eruzione e l'erosione delle labbra è solo un aspetto del ciclo del carbonio terrestre, e ci sono momenti in cui l'influenza dei LIP probabilmente è passata in secondo piano rispetto ad altri processi geologici. I ricercatori notano anche che il loro modello ha omesso le labbra che eruttavano sott'acqua, perché questi basalti tendono a essere riciclati nel mantello e quindi sono più difficili o impossibili da ricostruire.

Prossimo, i ricercatori stanno esaminando altri modi in cui la tettonica delle placche influenza il ciclo profondo del carbonio. "Quello che stiamo cercando di capire sono le variazioni a lungo termine del clima e del ciclo del carbonio, su tempi geologici, ", ha detto Zahirovic.

Attualmente stanno compilando un database globale di ofioliti, che sono pezzi di crosta oceanica basaltica che vengono spinti sui continenti durante le collisioni tettoniche. Come le labbra, le ofioliti assorbono l'anidride carbonica dall'atmosfera durante il tempo, e similmente a LIPs hanno anche un dito sul termostato globale.