I massicci eventi vulcanici nella storia della Terra che hanno rilasciato grandi quantità di carbonio nell’atmosfera sono spesso correlati a periodi di gravi cambiamenti ambientali ed estinzioni di massa. Secondo un team internazionale guidato da ricercatori della Penn State e dell'Università di Oxford, un nuovo metodo per stimare la quantità e la rapidità con cui il carbonio è stato rilasciato dai vulcani potrebbe migliorare la nostra comprensione della risposta climatica.

Lo riferiscono gli scienziati sulla rivista Nature Geoscience che hanno sviluppato una nuova tecnica per stimare l’eccesso di mercurio lasciato nelle rocce a causa dell’antica attività vulcanica. La tecnica può stimare le emissioni di carbonio provenienti da grandi province ignee (LIP), eventi vulcanici che possono durare milioni di anni e produrre magma che raggiunge la superficie terrestre e forma colate di lava lunghe centinaia di miglia.

"Le grandi province ignee sono spesso utilizzate come analogo per i cambiamenti climatici causati dall'uomo perché si verificano geologicamente in modo relativamente rapido e rilasciano molto anidride carbonica", ha affermato Isabel Fendley, assistente professore di ricerca di geoscienze alla Penn State e autore principale dello studio. "Ma una grande sfida che affrontiamo con questo studio è che fino ad oggi è stato davvero difficile capire esattamente quanto carbonio è stato rilasciato da questi vulcani."

I ricercatori hanno analizzato carotaggi che catturano una documentazione di 20 milioni di anni del primo periodo Giurassico e hanno scoperto che i livelli di mercurio aumentavano durante il picco di attività della grande provincia ignea di Karoo-Ferrar e l’associato Evento Anossico Oceanico Toarciano, un periodo di estesi cambiamenti ambientali. e il cambiamento climatico circa 185 milioni di anni fa.

Tuttavia, le emissioni totali di carbonio stimate utilizzando i registri del mercurio erano significativamente inferiori a quanto previsto dai modelli del ciclo del carbonio sarebbe stato necessario per causare i cambiamenti ambientali osservati.

I risultati suggeriscono che il vulcanismo ha innescato feedback positivi sul sistema Terra:risposte climatiche e ambientali al riscaldamento iniziale che a loro volta hanno prodotto ulteriore riscaldamento. Questi feedback positivi potrebbero essere importanti quanto le emissioni primarie in questi grandi scenari di emissione di carbonio, e gli attuali modelli del ciclo del carbonio potrebbero sottostimare gli effetti di una determinata quantità di emissioni, hanno affermato gli scienziati.

"Ciò che questo ci mostra è che ci sono risposte del sistema Terra che esacerbano gli effetti del carbonio emesso dai vulcani", ha detto Fendley. "E sulla base dei nostri risultati, questi processi di feedback sono in realtà piuttosto importanti ma non ben compresi."

Stime accurate delle emissioni di carbonio LIP sono importanti per comprendere gli impatti dei processi di feedback positivo e negativo del ciclo del carbonio sulle future proiezioni climatiche, hanno affermato gli scienziati.

"Oltre ai cambiamenti climatici storici e alla comprensione della storia della vita, è rilevante anche per il modo in cui comprendiamo il clima della Terra e per il modo in cui indaghiamo su cosa succede all'ambiente dopo il rilascio di grandi quantità di anidride carbonica nell'atmosfera", ha affermato Fendley.

Stimare la quantità di emissioni di carbonio associate ai LIP è stata una sfida, in parte perché gli scienziati hanno una registrazione incompleta di quanta lava è esplosa. Il LIP Karoo-Ferrar, ad esempio, si è verificato nell'ex supercontinente Gondwana, e quel materiale è ora sparso in tutto l'emisfero meridionale, abbracciando l'odierna Africa meridionale, l'Antartide e la Tasmania, hanno detto gli scienziati.

I ricercatori si sono invece concentrati sul mercurio, che viene rilasciato come gas durante le eruzioni vulcaniche ma che altrimenti raramente si trovava in alte concentrazioni nell’ambiente prima dell’attività umana. Osservando la chimica delle rocce nei carotaggi, gli scienziati sono stati in grado di determinare la quantità di mercurio prevista in base alle condizioni ambientali e la quantità extra presente a causa dei vulcani.

Hanno sviluppato un metodo per convertire i cambiamenti misurati nelle concentrazioni di mercurio nel volume delle emissioni di gas di mercurio. Utilizzando il rapporto tra le emissioni di gas di mercurio e le emissioni di carbonio nei vulcani moderni, hanno stimato la quantità di carbonio rilasciata dagli antichi vulcani.

I ricercatori hanno affermato che i campioni prelevati dal pozzo di Mochras nel Galles, nel Regno Unito, hanno fornito un’opportunità unica per condurre questa ricerca. La lunga documentazione ha mostrato la prima prova chiara che ci furono eruzioni vulcaniche significativamente più grandi durante questo periodo di tempo rispetto ai 15 milioni di anni precedenti, hanno detto gli scienziati.

"La grande quantità di dati geochimici esistenti provenienti dal pozzo di Mochras Farm (Llanbedr) in Galles, perforati dal British Geological Survey, oltre alla cronologia molto ben vincolata, hanno fornito un'opportunità unica che ha consentito questa analisi", ha affermato Fendley. "I decenni di lavoro precedente sul nucleo di Mochras ci hanno permesso di ricostruire i flussi di gas originali nel corso di milioni di anni, per periodi che sono obiettivi tradizionali per gli studi paleoambientali così come lo stato di fondo."

Altri ricercatori su questo progetto erano Joost Frieling, assistente di ricerca post-dottorato, e Tamsin Mather e Hugh Jenkyns, professori dell'Università di Oxford; Michael Ruhl, assistente professore al Trinity College di Dublino; e Stephen Hesselbo, professore all'Università di Exeter.

Ulteriori informazioni: Isabel M. Fendley et al, Emissioni di carbonio di grandi province ignee del Giurassico inferiore limitate dal mercurio sedimentario, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01378-5

Informazioni sul giornale: Geoscienza naturale

Fornito dalla Pennsylvania State University