I minerali argillosi sospesi nell'acqua di mare legano il carbonio organico sedimentario alle loro superfici minerali. Ma la quantità di carbonio che è legata e la fonte di quel carbonio dipendono molto dal minerale argilloso in questione. Un gruppo di ricerca dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Tongji lo ha dimostrato studiando i sedimenti nel Mar Cinese Meridionale.

I fiumi scaricano una fornitura costante di sedimenti negli oceani del mondo. Questo sedimento è in gran parte composto da vari minerali argillosi, i prodotti dell'erosione delle rocce, e composti organici di origine vegetale che si sono decomposti nei suoli. Queste due componenti finiscono nei fiumi a causa dell'erosione.

Sulla strada per gli oceani, la materia organica nei sedimenti si lega ai minerali argillosi per formare complessi argilla-humus. Una volta raggiunto il mare, questi complessi affondano nel fondale marino, dove sono sepolti da altri sedimenti. Questo cattura il carbonio contenuto in questi complessi, rimuovendolo in tempi geologici dall'atmosfera e dalle pozze di carbonio in rapido scambio con la superficie terrestre.

Ecco perché i minerali argillosi, detti anche fillosilicati, sono estremamente importanti per il ciclo globale del carbonio:circa il 90% del carbonio organico sequestrato nei fondali marini intorno ai continenti è legato alle reazioni tra materiale organico e vari minerali. Una varietà di fillosilicati è responsabile di una quota particolarmente ampia perché le loro piccole dimensioni e la loro geometria fanno sì che abbiano una superficie specifica particolarmente elevata e possano legare grandi quantità di carbonio.

Tutto dipende dalla varietà

Però, non tutti i minerali argillosi formano complessi stabili con le sostanze organiche. In un recente articolo sulla rivista Scienza , un team di ricercatori dell'ETH di Zurigo e della Tongji University di Shanghai mostra che diversi tipi di minerali argillosi interagiscono con la materia organica a vari livelli, in un processo che determina il ciclo del carbonio organico. Ciò influisce anche sulla misura in cui ciascun minerale argilloso agisce come agente per il sequestro del carbonio, poiché il legame del carbonio con un particolare fillosilicato dipende dalla sua struttura e caratteristiche mineralogiche. Maggiore è la superficie specifica e maggiore è la sua reattività, maggiore è la quantità di materia organica che può legarsi ad esso e maggiore è il volume di carbonio sequestrato nel sedimento.

I ricercatori hanno studiato questi processi nel Mar Cinese Meridionale, dove il minerale argilloso smectite di Luzon (l'isola principale delle Filippine), caolinite dalla Cina continentale, e la mica e la clorite delle montagne di Taiwan si incontrano. Thomas Blattmann, un ex studente di dottorato dell'ETH e autore principale dello studio, dice che questo mare offre le migliori condizioni al mondo per studiare le interazioni tra fillosilicati e materia organica. Altri oceani presentano una "miscela caotica" di fillosilicati in cui i processi a cui i ricercatori sono interessati si sovrappongono. "Ciò rende più difficile determinare gli effetti dei singoli tipi di minerali argillosi. Al contrario, nel Mar Cinese Meridionale è chiaro da quale massa terrestre proviene ogni minerale argilloso, e questo è unico".

I minerali argillosi intrappolano il carbonio

La smectite si forma quando il substrato roccioso vulcanico è esposto agli agenti atmosferici chimicamente; in acqua dolce, si lega con materiale organico da fertile, terreni ricchi di humus. Una volta che questi complessi raggiungono l'acqua salata, però, le smectiti scambiano i loro carichi organici. Assorbono i composti di carbonio disciolti nell'acqua di mare e rilasciano la materia organica che ha avuto origine dalla terra all'oceano. Cosa succederà a questa materia organica in seguito non è chiaro. Blattmann ritiene probabile che le sostanze organiche di Luzon si ossidino, sono consumati da microrganismi, o rimangono liberamente disciolti per migliaia di anni nell'acqua di mare. I fillosilicati delle montagne di Taiwan si comportano diversamente. Si legano molto strettamente con il carbonio continentale di Taiwan, trasportando la materia organica in mare in modo rapido ed efficiente.

"Il modo in cui il carbonio proveniente dalle masse terrestri viene trasferito negli oceani del mondo e lì immagazzinato dipende in ultima analisi dal tipo di minerale argilloso. Questi minerali influenzano il trasferimento su larga scala di carbonio organico dai continenti al loro pozzo sul fondo dell'oceano, " spiega Blattmann.

Nuove scoperte sollevano nuove domande

"I fillosilicati svolgono un ruolo più importante nel ciclo globale del carbonio di quanto ipotizzassimo in precedenza, "dice Tim Eglinton, professore all'Istituto geologico dell'ETH di Zurigo. Maggiore è la loro superficie specifica, maggiore è la quantità di materia organica che possono assorbire e, di conseguenza, maggiore è il volume di carbonio che possono sequestrare sul fondo dell'oceano. "Però, questo non è qualcosa che possiamo quantificare, perché stiamo appena iniziando a capire il comportamento specifico di questi vari minerali argillosi. Ci vorrà una grande quantità di ricerche aggiuntive per arrivare a qualsiasi conclusione sulle vaste distese degli oceani del mondo".