L'erosione di rocce come queste formazioni di basalto nell'Idaho innesca processi chimici che rimuovono l'anidride carbonica dall'aria. Credito:Matthew Dillon/Flickr, CC BY
Perché il clima della Terra è rimasto così stabile nel tempo geologico? La risposta potrebbe scuoterti.
rocce, in particolare i tipi creati dall'attività vulcanica, svolgono un ruolo fondamentale nel mantenere stabile il clima a lungo termine della Terra e nel far circolare l'anidride carbonica tra terra, oceani e l'atmosfera.
Gli scienziati sanno da decenni che l'erosione delle rocce, la scomposizione chimica dei minerali nelle montagne e nel suolo, rimuove l'anidride carbonica dall'atmosfera e la trasforma in minerali stabili sulla superficie del pianeta e nei sedimenti oceanici. Ma poiché questo processo opera per milioni di anni, è troppo debole per compensare il moderno riscaldamento globale dalle attività umane.
Ora, però, La scienza emergente, inclusa quella del Working Lands Innovation Center del California Collaborative for Climate Change Solutions (C4), mostra che è possibile accelerare i tassi di alterazione delle rocce. L'aumento dell'erosione delle rocce potrebbe rallentare il riscaldamento globale e migliorare la salute del suolo, rendendo possibile coltivare i raccolti in modo più efficiente e rafforzare la sicurezza alimentare.
Chimica rock
Molti processi alterano le rocce sulla superficie terrestre, influenzato dalla chimica, biologia, clima e tettonica a zolle. La forma dominante di alterazione chimica si verifica quando l'anidride carbonica si combina con l'acqua nel suolo e nell'oceano per produrre acido carbonico.
Danni da piogge acide a edifici e monumenti, come questa statua di arenaria a Dresda, Germania, è una forma di alterazione chimica. Credito:Slick/Wikipedia
Circa il 95% della crosta e del mantello terrestre, lo spesso strato tra la crosta del pianeta e il suo nucleo, è costituito da minerali di silicato, che sono composti di silicio e ossigeno. I silicati sono l'ingrediente principale nella maggior parte delle rocce ignee, che si formano quando il materiale vulcanico si raffredda e si indurisce. Tali rocce costituiscono circa il 15% della superficie terrestre.
Quando l'acido carbonico entra in contatto con alcuni minerali di silicato, innesca un processo chimico noto come reazione di Urey. Questa reazione estrae l'anidride carbonica gassosa dall'atmosfera e la combina con acqua e silicati di calcio o magnesio, producendo due ioni bicarbonato. Una volta che l'anidride carbonica è intrappolata in questi carbonati del suolo, o infine lavato nell'oceano, non riscalda più il clima.
La reazione di Urey ha una velocità maggiore quando montagne ricche di silicati come l'Himalaya espongono materiale fresco all'atmosfera, ad esempio, dopo una frana, o quando il clima diventa più caldo e umido. Ricerche recenti dimostrano che gli esseri umani possono accelerare sostanzialmente il processo per aiutare a combattere il moderno riscaldamento globale.
Quando l'acido carbonico dissolve i minerali di silicato di calcio e magnesio, si scompongono in composti disciolti, alcuni dei quali contengono carbonio. Questi materiali possono fluire nell'oceano, dove gli organismi marini li usano per costruire conchiglie. Successivamente le conchiglie vengono sepolte nei sedimenti oceanici. L'attività vulcanica rilascia del carbonio nell'atmosfera, ma gran parte di essa rimane sepolta nella roccia per milioni di anni. Credito:Gretashum/Wikipedia, CC BY-SA
Invecchiamento accelerato
Il più grande limite all'erosione è la quantità di minerali di silicato esposti in un dato momento. La macinazione di rocce di silicato vulcanico in una polvere fine aumenta la superficie disponibile per le reazioni. Ulteriore, l'aggiunta di questa polvere di roccia al terreno la espone alle radici delle piante e ai microbi del suolo. Sia le radici che i microbi producono anidride carbonica mentre decompongono la materia organica nel suolo. A sua volta, questo aumenta le concentrazioni di acido carbonico che accelerano gli agenti atmosferici.
Un recente studio condotto da scienziati britannici e americani suggerisce che l'aggiunta di roccia silicatica finemente frantumata, come basalto, a tutti i terreni coltivati in Cina, India, gli Stati Uniti e il Brasile potrebbero innescare fenomeni atmosferici che eliminerebbero più di 2 miliardi di tonnellate di anidride carbonica dall'atmosfera ogni anno. Per confronto, gli Stati Uniti hanno emesso circa 5,3 miliardi di tonnellate di anidride carbonica nel 2018.
Spargendo calce su un campo nel Devon, Inghilterra per migliorare la qualità del suolo. Credito:Mark Robinson/Wikipedia, CC BY
Agricoltura con le rocce
Un aspetto convincente del miglioramento dell'invecchiamento è che, in studi in ambiente controllato che coinvolgono ammendanti basaltici del suolo, le rese in grani di cereali sono migliorate di circa il 20%.
Come il basalto si atmosferica, aumenta i nutrienti vitali delle piante che possono aumentare la produzione e aumentare i raccolti. Nutrienti minerali come calcio, potassio e magnesio creano terreni più sani. Gli agricoltori hanno modificato il suolo con minerali di roccia per secoli, quindi il concetto non è nuovo.
Al Working Lands Innovation Center, stiamo conducendo forse il più grande esperimento dimostrativo di invecchiamento avanzato in fattorie reali del mondo. Collaboriamo con agricoltori, allevatori, governo, the mining industry and Native American tribes in California on some 50 acres of cropland soil amendment trials. We are testing the effects of rock dust and compost amendments on greenhouse gas emissions from the soil, carbon capture, crop yields, and plant and microbial health.
Our initial results suggest that adding basalt and wollastonite, a calcium silicate mineral, increased corn yields by 12% in the first year. Working with California's greenhouse gas emissions trading program and our state's diverse agricultural interests, we hope to establish a pathway that would offer monetary incentives to farmers and ranchers who allow enhanced rock weathering on their lands. We aim to create a protocol for farmers and ranchers to make money from the carbon they farm into the soil and help businesses and industry achieve their carbon neutrality goals.
Why negative emissions matter
Under the 2015 Paris climate agreement, nations have pledged to limit global warming to less then 2 degrees Celsius above preindustrial levels. This will require massive cuts in greenhouse gas emissions.
Pulling carbon dioxide from the air—also known as negative emissions—is also necessary to avoid the worst climate change outcomes, because atmospheric carbon dioxide has an average lifespan of more than 100 years. Every molecule of carbon dioxide that is released to the atmosphere through fossil fuel combustion or land clearing will remain there for many decades trapping heat and warming Earth's surface.
Nations need a portfolio of solutions to create negative emissions. Enhanced weathering is poised for rapid scale-up, taking advantage of farm equipment that's already in place, global mining operations and supply chains that currently deliver fertilizers and seeds worldwide. By addressing soil erosion and food security along with climate change, I believe rock weathering can help humans escape the hard place we find ourselves in today.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
