Le montagne rilasciano ogni anno la stessa quantità di carbonio dei vulcani – circa 100 megatoni – eppure sappiamo molto poco del processo. Comprendere queste emissioni potrebbe dirci di più sui loro effetti sul clima, sia nel passato che nel futuro.

Le placche tettoniche in movimento sotto la superficie terrestre creano vulcani, che eruttano in una profusione di gas e roccia fusa. Ma quando i piatti si spostano lentamente nel tempo, danno anche origine a montagne e sollevano materia che emette carbonio che è stata sepolta sotto la superficie per millenni.

Mentre gli esseri umani pompano nell'atmosfera quantità senza precedenti di anidride carbonica, i ricercatori stanno spingendo per capire come funziona il ciclo naturale del carbonio, e come sarà influenzato non solo dall'aumento del carbonio nell'atmosfera, ma l'aumento delle temperature e il cambiamento dei modelli meteorologici del cambiamento climatico globale.

Per milioni di anni, il carbonio è rimasto intrappolato nella roccia delle montagne. Parte di essa si trovava una volta nei gusci di minuscoli organismi sui fondali marini o negli alberi morti sepolti sotto il peso del terreno che nel tempo si è cementato nella roccia. Ma mentre le placche tettoniche della Terra si spostano nel corso dei millenni, lastre di roccia che un tempo giacevano in fondo all'oceano si accartocciarono, si piegarono o furono innalzati alle alte vette delle montagne.

"Quando queste rocce sono esposte vicino alla superficie, l'ossigeno nell'aria e nell'acqua può reagire con la materia organica in quelle rocce e rilasciare il carbonio sotto forma di anidride carbonica, " ha spiegato il professor Robert Hilton, un geologo dell'Università di Durham, UK. "È come respirare la Terra, questo consumo di materia organica e un rilascio lento."

La vita come la conosciamo dipende dal carbonio, e il suo movimento tra la terra, oceani e atmosfera è chiamato "ciclo del carbonio".

Il prof. Hilton è a capo di un progetto chiamato ROC-CO ₂ che mira a quantificare il contributo del carbonio organico nella roccia di montagna a questo ciclo naturale del carbonio.

Nei modelli precedenti, si pensava che le montagne intrappolassero il carbonio dall'atmosfera. L'acido carbonico e l'acqua erodono minerali e rocce, e il carbonio alla fine scorre nell'oceano attraverso i fiumi. Ma il rilascio di carbonio organico attraverso l'erosione potrebbe ridurre la quantità di carbonio che supponiamo venga rimossa dall'atmosfera. Questi contributi, e sapere come cambieranno man mano che il pianeta si surriscalda, sono importanti per capire in quale mondo vivremo tra un secolo.

Ciclo

Ci sono numerose lacune nella nostra comprensione del ciclo del carbonio, principalmente sui processi che si verificano sulla terra anziché negli oceani, secondo la professoressa Susan Trumbore, direttore dell'Istituto Max Planck per la biogeochimica in Germania. "Con il cambiamento climatico, cambiamenti nella quantità di anidride carbonica (disponibile), cambiamenti negli ecosistemi stessi modificando la fauna, nuove malattie, e nuove specie, la capacità di predire il futuro è più scarsa. Fondamentalmente non comprendiamo questi processi, " lei disse.

Durante il suo dottorato, Il prof. Hilton ha riconosciuto il ruolo dell'erosione delle montagne come una di queste lacune. "Sono rimasto sorpreso dal fatto che alcuni di questi aspetti siano così poco compresi, " Egli ha detto.

Sebbene le emissioni di carbonio legate all'uomo e i loro effetti siano uno dei principali obiettivi della ricerca sul clima, rappresentano circa 9, 400 megatoni di carbonio, quasi 100 volte di più dell'erosione delle montagne o dei vulcani:anche i contributi più piccoli sono pezzi importanti del puzzle e si verificano in tempi più lunghi. I loro effetti si fanno sentire nel corso dei secoli e sono parte integrante del nostro clima. Emissioni di carbonio antropogeniche, d'altra parte, avvengono in tempi brevissimi, causando un tasso di cambiamento senza precedenti nei sistemi naturali.

"Dobbiamo capire come ha operato (l'erosione della montagna) in passato, " ha detto il Prof. Hilton. È importante, lui dice, perché il ciclo del carbonio è così strettamente legato al clima terrestre, che a sua volta ha posto le basi per l'evoluzione di piante e animali.

E con le montagne e l'erosione, 'la superficie terrestre viene continuamente rinfrescata dal materiale che si sposta lungo i pendii, portando nuove rocce a contatto con l'atmosfera e l'acqua."

Professoressa Sophie Opfergelt, un geologo della UC Louvain in Belgio che studia l'erosione chimica delle rocce, descrive le montagne e gli agenti atmosferici come un grande reattore.

"Le montagne sono modi per portare materiali nel reattore. Quando c'è un sollevamento di una montagna o un'erosione, esponi più minerali e superficie agli agenti atmosferici, " ha detto. "Copre anche alcuni di questi materiali e impedisce al materiale di entrare nel reattore".

Flusso

Attraverso ROC-CO ₂ , Il prof. Hilton e colleghi stanno sviluppando tecniche per misurare il tasso di emissioni di carbonio, o flusso, dalle montagne.

Una tecnica, che descrivono in un recente articolo, misura le emissioni di carbonio della montagna direttamente perforando un foro profondo 40 cm nella roccia, e erigendo su di esso una camera a tenuta d'aria per misurare la quantità di carbonio che viene rilasciato.

"C'è carbonio nell'atmosfera intorno a noi, e tu non vuoi misurarlo, " disse il prof. Hilton. "Quando espiriamo, espiriamo molto carbonio e siamo molto sicuri di non volerlo misurare. Quando le piante espirano, rilasciano anidride carbonica e neanche questo ci interessa".

Il prof. Hilton e colleghi evitano la contaminazione coprendo la roccia con la camera a tenuta d'aria e svuotandola ripetutamente dei gas che raccolgono per l'analisi. Dopo, nel laboratorio, devono dimostrare che i gas non provenivano da altre fonti.

Tutto il carbonio moderno contiene carbonio-14, una forma instabile di carbonio che si decompone nel tempo. Il carbonio antico delle rocce non contiene più nulla di questo carbonio radioattivo perché si è già scomposto. "Questo è fondamentale perché altrimenti le persone potrebbero semplicemente dire che stai misurando il carbonio da una pianta e dalle sue radici (all'interno della roccia), " ha detto il prof. Hilton.

Un altro metodo è cercare i resti di queste reazioni di invecchiamento e usarli per stimare il flusso. "L'idea qui è che quando rompi queste rocce, rilasci altre cose che potresti essere in grado di tracciare. Così, Per esempio, possiamo misurare l'acqua in un ruscello o fiume e dire qualcosa sulle reazioni (chimiche) che avvengono a monte, " Ha detto il prof. Hilton.

In un documento del 2017, gli autori, compreso il prof. Hilton, ha misurato la quantità di particelle di carbonio organico nei sedimenti sospesi del fiume Kosñipata in Perù nel corso di un anno. Hanno scoperto che c'era una grande discrepanza tra l'erosione stimata nelle montagne delle Ande e ciò che effettivamente è finito nel fiume a valle. Ciò solleva interrogativi sull'effettivo bilancio del carbonio del bacino del Rio delle Amazzoni, pensato per essere uno dei principali pozzi di carbonio del pianeta.

Indagare

Il prof. Hilton sta attualmente studiando i flussi di carbonio in siti di tutto il mondo, dal Canada alla Francia e dalla Svizzera alla Nuova Zelanda.

"Riconosciamo che non possiamo misurare il flusso ovunque, " Ha detto il prof. Hilton. Le scale sono "troppo enormi" ma avere una varietà di siti significa che possono provare a caratterizzare il flusso per ambienti diversi.

"Uno dei motivi per farlo è quantificare i flussi globali, ma la cosa più importante da dire è perché questo flusso dovrebbe cambiare, cosa lo controlla, e come risponde a cose come i cambiamenti di temperatura."

Il prof. Hilton spera in definitiva di descrivere come il flusso è cambiato nel corso di secoli o addirittura millenni. "L'aspirazione è quella di essere in grado di dire alle persone di più sul perché questo processo cambia nel tempo:in lontananza, passato geologico o addirittura (prevedere cosa accadrà) nel prossimo secolo".

Ricercatori, compreso il Prof. Hilton, hanno dimostrato che il clima e un aumento o una diminuzione della pioggia e del deflusso dell'acqua influenzano la rapidità con cui si verifica l'erosione. L'obiettivo è ora capire se l'aumento dell'erosione potrebbe portare alla luce ancora più carbonio che è rimasto bloccato nella roccia per millenni, e accelerare ulteriormente il cambiamento climatico.

Questa è una domanda a cui anche il Prof. Hilton spera di rispondere.

"Come potrebbe cambiare questo processo (flusso) per avere un impatto sul ciclo naturale del carbonio?" chiese. "(Questo) influisce sulla durata delle emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera."