Negli Appennini centrali dell’Italia, i ricercatori guidati da Erica Erlanger e Niels Hovius del Centro di ricerca tedesco per le geoscienze GFZ e Aaron Bufe della Ludwig-Maximilians-Universität München hanno ora studiato e bilanciato tutti questi processi in una regione per la prima volta —utilizzando, tra l'altro, l'analisi della CO₂ contenuto nei fiumi e nelle sorgenti di montagna. Hanno scoperto che gli agenti atmosferici in questa regione portano a una produzione complessiva di CO₂ assorbimento.

Tuttavia, questi processi in prossimità della superficie determinano solo la CO₂ equilibrio nelle zone con crosta spessa e fredda. Sul versante occidentale dell'Appennino Centrale la crosta è più sottile e il flusso di calore è maggiore. Lì, CO₂ il degassamento dalle profondità è fino a 50 volte maggiore della CO₂ assorbimento attraverso gli agenti atmosferici.

Tutto sommato, il paesaggio analizzato è una CO₂ emettitore. La struttura e la dinamica della crosta terrestre, quindi, controllano il rilascio di CO₂ qui più fortemente dell'alterazione chimica. Lo studio è stato pubblicato oggi sulla rivista Nature Geoscience .

Il ruolo delle montagne nella CO₂ della Terra bilancio

Oltre alla CO₂ prodotta dall'uomo emissioni, anche molti processi naturali, sia biologici che geologici, svolgono un ruolo nel bilanciamento della CO₂ globale bilancio. I paesaggi montani modulano fortemente il ciclo del carbonio ed è importante considerare adeguatamente la competizione della CO₂ e CO₂ l'assorbimento che si verifica qui nei modelli climatici.

Da un lato, le rocce sulla superficie terrestre sono alterate da processi di dissoluzione chimica:l'erosione espone continuamente rocce che, a seconda del tipo di roccia, si deteriorano a velocità diverse e assorbono o rilasciano CO₂ . I minerali silicati, ad esempio, legano la CO₂ e formare calcare. A sua volta, l'erosione dei minerali contenenti carbonati e solfuri rilascia CO₂ .

Un gruppo di ricerca guidato da Aaron Bufe e Niels Hovius ha studiato la concorrenza della CO₂ rilascio e riduzione degli agenti atmosferici in un ulteriore studio pubblicato sulla rivista Science all'inizio di marzo. phys.org/news/2024-03-geologis … -ranges-largest.html">Hanno analizzato l'influenza del tasso di erosione sulla CO₂ equilibrio prendendo come esempio varie regioni montuose del mondo.

Tuttavia, la formazione di montagne non influenza solo i tassi di erosione e di alterazione degli agenti atmosferici sulla superficie terrestre. Laddove le placche tettoniche scivolano l'una sull'altra, il riscaldamento delle rocce carbonatiche nella crosta e nel mantello può portare a reazioni chimiche associate alla CO₂ emissioni.

"Gli studi precedenti si sono spesso concentrati su un singolo processo e hanno trattato separatamente gli agenti atmosferici in superficie e i processi in profondità. Volevamo cambiare questa situazione", afferma Niels Hovius.

Indagini in Appennino:CO₂ degassamento o stoccaggio:quale processo prevale?

La competizione tra processi vicini alla superficie e processi profondi è ora al centro di un nuovo studio di Erica Erlanger, scienziata post-dottorato presso la GFZ e l'Università di Lorena (Francia), Aaron Bufe, professore di sedimentologia alla LMU di Monaco e ex scienziato post-dottorato presso la GFZ, e Niels Hovius, capo della sezione di geomorfologia della GFZ e professore all'Università di Potsdam, insieme a colleghi provenienti da Francia, Italia, Stati Uniti e Svizzera.

L'Appennino centrale italiano si rivela una regione particolarmente adatta per questo studio, come spiega Erica Erlanger, prima autrice dello studio:"Questa zona fa parte di una catena montuosa attiva con zone ravvicinate di crosta spessa e fredda e zone sottili, crosta calda, permettendoci di studiare l'influenza dell'attività del sottosuolo. Le condizioni climatiche, la topografia e i tipi di roccia sulla superficie sono simili in tutta l'area, quindi non dovrebbero esserci grandi differenze nell'attività meteorologica.>

Campionamento e analisi della CO₂ contenuto

Nell'Appennino centro-occidentale lo spessore della crosta è di circa 20 chilometri e il flusso di calore arriva fino a oltre 100 milliwatt per metro quadrato, mentre nella parte orientale la crosta ha uno spessore di oltre 40 chilometri, con un flusso di calore di circa 30 milliwatt per metro quadrato. metro.

I ricercatori hanno prelevato un totale di 104 campioni di acqua nei sistemi fluviali del Tevere occidentale e dell'Aterno-Pescara orientale, 49 dei quali nell'estate 2020 e 55 nell'inverno 2021, coprendo le stagioni più calde e secche e le stagioni più umide e fredde per stimare il minimo ( estate) e massima (inverno) CO₂ flussi.

I campioni d'acqua sono adatti perché fiumi e sorgenti trasportano carbonio, che ha origine sia dalle profondità che dalle reazioni atmosferiche vicino alla superficie. L'analisi chimica dei campioni prevedeva la determinazione dell'abbondanza relativa di vari isotopi di carbonio. Questi possono fornire informazioni se il carbonio proviene da una pianta o dall'atmosfera o è stato rilasciato da una roccia subdotta.

"Su questa base abbiamo potuto calcolare la quantità di CO₂ rilasciati dagli agenti atmosferici o dai carbonati in profondità, e le quantità di CO₂ legati da silicati esposti agli agenti atmosferici", spiega Erlanger.

Per stimare un bilancio complessivo per la CO₂ bilancio dell'Appennino, i ricercatori hanno tenuto conto anche delle stime relative alla CO₂ inorganica emissioni provenienti dai gas gassosi conosciuti del versante occidentale dell'Appennino, nonché da CO₂ organica scambio.

Appennino Centrale come CO₂ netta sorgente, ma con una CO₂ divisa equilibrio

Il gruppo di ricerca ha scoperto che i processi di alterazione atmosferica nell'intera area di studio catturano prevalentemente CO₂ e non rilasciarlo. Sorprendentemente, tuttavia, dove la crosta è sottile e il flusso di calore è elevato, CO₂ il rilascio dalle profondità supera la CO₂ correlata agli agenti atmosferici flussi per un fattore da 10 a 50. Nel complesso, la regione è quindi una CO₂ fonte.

"È importante sottolineare che le fluttuazioni della CO₂ il rilascio dalle rocce profonde è molto maggiore delle fluttuazioni dei flussi di disgregazione chimica. Ciò significa che la geodinamica regionale nell'Appennino centrale influenza in modo più forte il ciclo del carbonio modulando il rilascio di CO₂ dalla profondità e non influenzando le reazioni degli agenti atmosferici", riassume Erica Erlanger.

"Sulla base dell'evoluzione geologica dell'area, stimiamo che la CO₂ il degassamento della crosta e del mantello si è verificato probabilmente negli ultimi 2 milioni di anni."

"Le nostre indagini contribuiranno a una migliore comprensione dell'attuale CO₂ l'equilibrio dell'atmosfera e, quindi, migliori modelli climatici a lungo termine", afferma Aaron Bufe. "Contribuiscono anche a chiarire come il nostro pianeta abbia mantenuto la ristretta gamma di condizioni favorevoli alla vita bilanciando la CO₂ degassamento e CO₂ processi di stoccaggio nel corso dei tempi geologici."

Niels Hovius afferma:"Se vogliamo studiare il ruolo delle montagne per il ciclo del carbonio terrestre in un senso più generale, anche le questioni geologiche apparentemente semplici richiederanno un approccio più olistico. Di particolare interesse sono le cinture montuose geologicamente giovani ai confini delle placche, dove il carbonato è probabile che le rocce prevalgano sia vicino alla superficie che in profondità.

"L'odierna regione mediterranea e altre catene montuose relativamente giovani, come l'arcipelago indonesiano, presentano condizioni geologiche e tipi di rocce simili a quelli dell'Appennino centrale. Quindi, la prossima grande domanda che dobbiamo affrontare è se il degassamento nelle aree tettoniche attive potrebbe essere un fenomeno globale in spazio e tempo."