vulcani, collisione e diffusione di placche continentali e oceaniche, e altri fenomeni riesaminati con strumenti innovativi ad alta tecnologia, fornire importanti nuove intuizioni sui meccanismi più interni della Terra, dicono gli scienziati.

Preparandosi a riassumere e celebrare il programma di 10 anni del Deep Carbon Observatory presso la National Academy of Sciences, Washington DC, 24-26 ottobre, Il team Reservoirs and Fluxes di 500 membri di DCO oggi ha delineato diversi risultati chiave che abbracciano il tempo dal presente ai miliardi di anni passati; dal centro della Terra alla sua atmosfera, e di dimensioni da singoli vulcani ai cinque continenti.

Tra le tante scoperte di ampia portata, delineato e riassunto in una serie di articoli pubblicati sulla rivista Elementi:

• Solo due decimi dell'1% del carbonio totale della Terra, circa 43, 500 gigatonnellate (Gt) - è al di sopra della superficie negli oceani, sulla terra, e nell'atmosfera. Il resto è sottosuolo, compresa la crosta, mantello e nucleo:circa 1,85 miliardi di Gt in tutto
• CO ₂ espulsi oggi nell'atmosfera e negli oceani dai vulcani e da altre regioni magmaticamente attive è stimato tra 280 e 360 ​​milioni di tonnellate (da 0,28 a 0,36 Gt) all'anno, compreso quello rilasciato negli oceani dalle dorsali oceaniche
• Le emissioni annuali di carbonio dell'umanità attraverso la combustione di combustibili fossili e foreste, eccetera., sono da 40 a 100 volte maggiori di tutte le emissioni vulcaniche
• Il ciclo profondo del carbonio della Terra attraverso il tempo profondo rivela equilibrato, stabilità a lungo termine della CO . atmosferica ₂ , punteggiato da grandi perturbazioni, compreso immenso, catastrofiche emissioni di magma avvenute almeno cinque volte negli ultimi 500 milioni di anni. Durante questi eventi, enormi volumi di carbonio sono stati degassati, portando a un'atmosfera più calda, oceani acidificati. ed estinzioni di massa
• Allo stesso modo, un gigantesco impatto di meteora 66 milioni di anni fa, lo sciopero del bolide di Chicxulub nella penisola messicana dello Yucatan, rilasciato tra il 425 e l'1, 400 Gt di CO ₂ , scaldò rapidamente il pianeta e coincise con la massa (> 75%) estinzione di piante e animali, compresi i dinosauri. Negli ultimi 100 anni, le emissioni da attività antropogeniche come la combustione di combustibili fossili sono state da 40 a 100 volte maggiori delle emissioni geologiche di carbonio del nostro pianeta
• Un cambiamento nella composizione dei gas vulcanici da anidride solforosa (SO2) maleodorante (simile ai fiammiferi bruciati) a un gas più ricco di inodore, CO . incolore ₂ può essere fiutato da stazioni di monitoraggio o droni per avvisare di un'eruzione, a volte ore, a volte mesi prima. I sistemi di allerta precoce delle eruzioni con monitoraggio in tempo reale stanno avanzando per sfruttare la CO ₂ alla scoperta del rapporto SO2, riconosciuto per la prima volta con certezza nel 2014

Dice la scienziata DCO Marie Edmonds dell'Università di Cambridge, Regno Unito:"Carbonio, la base di tutta la vita e la fonte di energia vitale per l'umanità, si muove attraverso questo pianeta dal suo mantello all'atmosfera. Per garantire un futuro sostenibile, è della massima importanza che comprendiamo l'intero ciclo del carbonio della Terra".

"La chiave per svelare il ciclo naturale del carbonio del pianeta è quantificare quanto carbonio c'è e dove, quante mosse - il flusso - e quanto velocemente, dai serbatoi della Terra Profonda alla superficie e viceversa."

Aggiunge il collega Tobias Fischer dell'Università del New Mexico, Stati Uniti:"Il Deep Carbon Observatory ha migliorato la comprensione del funzionamento interno della Terra. Il suo corpo collettivo di oltre 1500 pubblicazioni non solo ha aumentato ciò che è noto, ma ha stabilito limiti a ciò che è conoscibile, e forse inconoscibile".

"Mentre celebriamo il progresso, sottolineiamo che la Terra profonda rimane una frontiera scientifica altamente imprevedibile; abbiamo davvero solo iniziato ad intaccare gli attuali confini della nostra conoscenza."

Quanto carbonio contiene la terra?

Gli scienziati sanno da tempo che il carbonio all'interno della Terra esiste come una vasta gamma di solidi, fluidi, e gas. Alcuni di questi materiali comportano combinazioni di carbonio con ossigeno (ad esempio anidride carbonica), con il ferro (ad es. carburi), con idrogeno (ad es. cherogeno, carbone, petrolio, e metano), e altri elementi (ad es. silicio, zolfo, e azoto), oltre al carbonio elementare (ad es. grafite e diamante).

Gli scienziati del Deep Carbon Observatory sottolineano che la conoscenza del carbonio totale nel mantello inferiore e nel nucleo è ancora speculativa e che i numeri sicuramente evolveranno in accuratezza man mano che la ricerca continua. Detto ciò, esperti (in particolare Lee et al ., 2019) stimano i giacimenti di carbonio sulla Terra come segue:

Dai numeri:le migliori stime attuali, carbonio sulla Terra

1,85 miliardi di gigatonnellate (1,85 x 1 miliardo x 1 miliardo di tonnellate):carbonio totale sulla Terra

Guasto:

• 1, 845, 000, 000 (1.845 miliardi) Gt:carbonio totale sotto la superficie
• 1, 500, 000, 000 (1,5 miliardi) Gt:Carbonio nel mantello inferiore:
• 315, 000, 000 (0,315 miliardi) Gt:carbonio nelle litosfere continentali e oceaniche
• 30, 000, 000 (0,03 miliardi) Gt:carbonio nel mantello superiore

• 43, 500 Gt:carbonio totale sopra la superficie, negli oceani, sulla terra, e nell'atmosfera (2/10 dell'1% del carbonio totale della Terra)
• 37, 000 Gt:Carbon in the deep ocean (85.1% of all above surface carbon)
• 3, 000 Gt:Carbon in marine sediments (6.9%)
• 2, 000 Gt:Carbon in the terrestrial biosphere (4.6%)
• 900 Gt Carbon in the surface ocean (2%)
• 590 Gt:Carbon in the atmosphere (1.4%)

Rilascio di CO ₂ from volcanoes

Earth's total annual out-gassing of CO ₂ via volcanoes and through other geological processes such as the heating of limestone in mountain belts is newly estimated by DCO experts at roughly 300 to 400 million metric tonnes (0.3 to 0.4 Gt).

Volcanoes and volcanic regions alone outgas an estimated 280-360 million tonnes (0.28 to 0.36 Gt) of CO ₂ per year. This includes the CO ₂ contribution from active volcanic vents, from the diffuse, widespread release of CO ₂ through soils, faults, and fractures in volcanic regions, volcanic lakes, and from the mid-ocean ridge system.

In many world regions, tectonic outgassing (emissions from mountain belts and other plate boundaries), particularly in cool night temperatures, can cause dangerous levels of CO ₂ close to the ground—enough to suffocate livestock.

According to DCO researchers, with rare exceptions over millions of years the quantity of carbon released from Earth's mantle has been in relative balance with the quantity returned through the downward subduction of tectonic plates and other processes.

Carbon catastrophes

While the volume of carbon buried through subduction and what's released from volcanoes and tectonic fractures are normally in steady state, about four times over the past 500 million years this balance has been upended by the emergence of large volcanic events—1 million or more square kilometers (the area of Canada) of magma released within a timeframe of a few tens of thousands of years up to 1 million years.

These "large igneous provinces" degassed enormous volumes of carbon (estimated at up to 30, 000 Gt—equal to about 70% of the estimated 43, 500 Gt of carbon above surface today).

Carbon cycle imbalance can cause rapid global warming, changes to the silicate weathering rate, changes to the hydrologic cycle, and overall rapid habitat changes that can cause mass extinction as the Earth rebalances itself.

Similar carbon catastrophes have been caused by asteroids / meteors (bolides), such as the massive Chixculub impact in the Yucatan area of Central America 65 million years ago—an event to which extinction of the dinosaurs and most other plants and animals of the time has been attributed.

According to Australian researchers Balz Kamber and Joseph Petrus:"The Chicxulub event ... greatly disrupted the budget of climate-active gases in the atmosphere, leading to short-term abrupt cooling and medium-term strong warming."

"Così, some large bolide impacts are comparable to those observed in the Anthropocene in terms of rapidly disrupting the C (carbon) cycle and potentially exceeding a critical size of perturbation."

Wiring up volcanoes

DCO experts estimate that about 400 of the 1500 volcanoes active since the last Ice Age 11, 700 years ago are venting CO ₂ oggi. Another 670 could be producing diffuse emissions, with 102 already documented. Of these, 22 ancient volcanoes that have not erupted since Pleistocene epoch (2.5 million years ago to the Ice Age) are outgassing. Thus all volcanoes, the young and very old, may be emitting CO ₂ .

Today's CO ₂ , sulphur dioxide and hydrogen sulphide emissions rates are now quantified for many of the world's most active volcanoes thanks in part to the development of miniature, durable, inexpensive instruments.

And several volcanoes have been wired up with permanent gas instrument monitoring stations to obtain real time data readings, improving monitoring by governments and universities in the U.S., Italia, Costa Rica, and elsewhere. About 30 collaboratively operated gas-monitoring stations on volcanoes across five continents now exist, which continually monitor emissions.

Pioneered by scientists with DCO's DECADE (Deep Earth Carbon DEgassing) subgroup, the technologies and installations have helped revolutionize data collection within inaccessible or dangerous volcanic places. The data obtained are combined with readings from long-established ground and satellite systems.

Recent research has revealed the number of volcanoes thought to be out-gassing measurable amounts of CO ₂ oggi. Estimated at 150 in 2013, DECADE researchers confirm that more than 200 volcanic systems emitted measurable volumes of CO ₂ between the years 2005 and 2017. Of these, several super-regions of diffuse degassing have been documented (e.g., Yellowstone, NOI., the East African Rift, Africa, and the Technong volcanic province in China, to name a few). Diffuse degassing is now recognized as a CO ₂ source comparable to active volcanic vents.

Among the DCO's legacies:a new database (http://www.magadb.net) to capture information on CO ₂ fluxes from volcanic and non-volcanic sources around the world.

Volcanic whispers:Changes in ratio of vented SO2 to CO ₂ can forewarn of eruptions

Research at a growing number of well-monitored volcanoes worldwide has provided important new insight about the timing of eruptions relative to the composition of volcanic outgassing.

Year-round monitoring at five volcanoes revealed that the level of carbon dioxide relative to sulfur dioxide in volcanic gases systematically changes in the hours to months before an eruption. Volcanoes where such patterns have been documented include Poas (Costa Rica), Etna and Stromboli (Italy), Villarica (Chile), and Masaya (Nicaragua).

Likewise the CO ₂ to SO2 ratio changed dramatically months to years prior to large eruptions at Kilauea (Hawaii) and Redoubt Volcano (Alaska), negli Stati Uniti., suggesting that monitoring gas composition, often in invisible plumes, offers a new eruption forecasting tool that, in alcuni casi, precedes increases in volcano seismicity or ground deformation.