Il bilancio del carbonio a lungo termine ha importanti implicazioni per il clima e la biosfera della Terra, ma l’equilibrio tra la cattura di carbonio durante la subduzione (scorrimento di una placca litosferica al di sotto di un’altra e il conseguente trascinamento in profondità nel mantello) e l’emissione di gas dalle attività vulcaniche è poco conosciuto.
Il bilancio del carbonio a lungo termine del pianeta Terra è ampiamente modulato dall’equilibrio tettonico tra le emissioni di CO2 nell’atmosfera provenienti dalle attività vulcaniche e gli apporti di carbonio all’interno della Terra durante la subduzione. Anche se sono state descritte inclusioni di fluidi ricchi di carbonio in rocce del mantello, mancano prove geofisiche convincenti della conservazione del carbonio su larga scala nel mantello superiore.
Per questo motivo un team di ricercatori italiani ha studiato un’anomalia a bassa velocità a profondità maggiori di 180 km nel mantello al di sopra della placca europea sottoposta a subduzione. Il team è composto da Marco Giovanni Malusà e Maria Luce Frezzotti (Università di Milano-Bicocca), Simona Ferrando (Università degli Studi di Torino), Enrico Brandmayr (Università della North Carolina), Fabio Romanelli (Università di Trieste) e Giuliano Francesco Panza (Accademia Nazionale dei Lincei, ISSO, Istituto di Geofisica e Amministrazione cinese per i terremoti).
Sulla base dei risultati del loro studio, pubblicato sulla rivista Nature, i ricercatori propongono che questa anomalia sia generata dall’estrazione di fusioni ricche di carbonati dall’astenosfera, favorita dalla scomposizione di carbonati e minerali dopo una subduzione a freddo. La rete risultante di fusioni ricche di carbonio è ghiacciata nel cuneo del mantello senza produrre vulcanismo. I risultati di questo studio forniscono la prima prova osservazionale in situ della cattura di carbonio in corso nel mantello superiore su una scala di tettonica delle placche.
Effetti sul cambiamento climatico a lungo termine
Il congelamento delle fusioni ricche di carbonati a oltre 180 km di profondità sotto le Alpi implica che il carbonio è effettivamente catturato nel mantello superiore senza un immediato rilascio. Questo carbonio potrebbe essere riattivato in una fase successiva dell’evoluzione della tettonica a placche, anche milioni di anni dopo la fine della subduzione, portando ad eterogeneità nel contenuto di carbonio del mantello superiore, con la possibile formazione di riserve di carbonio a larga scala a profondità astenosferiche.
È stato recentemente proposto che le massicce emissioni di CO2 nei sistemi di faglia attivi potrebbero fornire un collegamento valido tra frammentazione continentale e cambiamento climatico a lungo termine. I picchi di concentrazioni di CO2 nell’atmosfera registrati nella storia della Terra durante gli eventi della separazione del supercontinente sono possibilmente collegati alle estinzioni di massa. Attraverso il loro modello, i ricercatori possono prevedere picchi di emissioni di anidride carbonica più alti rispetto al passato, poiché la cattura del carbonio nel mantello superiore terrestre è stata favorita durante il Fanerozoico dalla natura prevalentemente fredda delle zone di subduzione.
Le emissioni naturali di CO2 non sono paragonabili ai contributi antropogenici attuali provenienti dai combustibili fossili e dall’industria. Tuttavia, incrementi rapidi e notevoli della concentrazione atmosferica naturale di anidride carbonica su scale di tempo geologiche possono avere effetti negativi, determinando un forte aumento delle temperature che danneggerebbe abitabilità del pianeta.
La potenziale presenza di carbonio riciclato all’interno del mantello superiore delle zone di faglia continentali sostiene la conclusione che il ciclo di carbonio della Terra non è limitato alle zone di subduzione. Questo implica che il ciclo del carbonio è squilibrato sulla scala temporale di un singolo ciclo di tettonica delle placche. Mentre la cattura del carbonio nel mantello durante la subduzione a freddo potrebbe parzialmente controbilanciare l’aumento del carbonio a lungo termine nella litosfera, negli oceani e nell’atmosfera determinato dalle emissioni di CO2, si stima un notevole rilascio di carbonio riciclato dalle riserve nel mantello superiore durante la separazione del supercontinente.
