Rocce, pioggia e anidride carbonica aiutano a controllare il clima della Terra per migliaia di anni, come un termostato, attraverso un processo chiamato alterazione degli agenti atmosferici
L'erosione chimica è un modo importante in cui l'anidride carbonica è regolata su scale temporali geologiche. Tuttavia, molti fattori influiscono sul tasso di alterazione degli agenti atmosferici, rendendo difficile il passaggio dal laboratorio alle stime globali. Il clima terrestre può essere stabilizzato nel corso dei millenni mediante la solubilizzazione dell'anidride carbonica atmosferica (CO2) sotto forma di minerali meteorologici, ma la sensibilità alla temperatura di questo termostato è poco conosciuta.
Un nuovo studio, pubblicato si Science (1), condotto dagli scienziati della Penn State potrebbe migliorare la nostra comprensione di come questo termostato risponde al variare delle temperature.
«La vita esiste su questo pianeta da miliardi di anni, quindi sappiamo che la temperatura della Terra è rimasta abbastanza costante da consentire la presenza di acqua liquida e sostenere la vita», ha dichiarato la dottoressa Susan L. Brantley (2), che fa parte dell'Evan Pugh University e del Barnes Professor of Geosciences della Pennsylvania State University. «L'idea è che l'erosione della roccia silicatica sia questo termostato, ma nessuno è mai stato veramente d'accordo sulla sua sensibilità alla temperatura».
Poiché molti fattori contribuiscono agli agenti atmosferici, è stato difficile utilizzare i risultati degli esperimenti di laboratorio da soli per creare stime globali di come gli agenti atmosferici rispondono ai cambiamenti di temperatura, hanno affermato gli scienziati.
Il team ha combinato misurazioni di laboratorio e analisi del suolo da 45 siti di suolo in tutto il mondo e molti bacini idrografici per comprendere meglio l'erosione dei principali tipi di roccia sulla Terra e ha utilizzato tali risultati per creare una stima globale di come l'erosione risponde alla temperatura.
«Quando fai esperimenti in laboratorio rispetto a prelevare campioni dal suolo o da un fiume, ottieni valori diversi», ha detto Susan L. Brantley. «Quindi quello che abbiamo cercato di fare in questa ricerca è guardare attraverso quelle diverse scale spaziali e capire come possiamo dare un senso a tutti questi dati che i geochimici di tutto il mondo hanno accumulato sugli agenti atmosferici sul pianeta. E questo studio è un modello di come possiamo farlo».
Gli agenti atmosferici rappresentano parte di un atto di bilanciamento dell'anidride carbonica nell'atmosfera terrestre. I vulcani hanno emesso grandi quantità di anidride carbonica nel corso della storia della Terra, ma invece di trasformare il pianeta in una casa calda, il gas serra viene lentamente rimosso dagli agenti atmosferici.
La pioggia prende l'anidride carbonica dall'atmosfera e crea un acido debole che cade sulla Terra e consuma le rocce di silicato sulla superficie. I sottoprodotti vengono trasportati da corsi d'acqua e fiumi verso l'oceano dove il carbonio viene infine rinchiuso nelle rocce sedimentarie, hanno detto gli scienziati.
«È stato a lungo ipotizzato che l'equilibrio tra l'anidride carbonica che entra nell'atmosfera dai vulcani e che viene estratta dagli agenti atmosferici nel corso di milioni di anni mantenga la temperatura del pianeta relativamente costante», continua la professoressa Brantley. «La chiave è quando c'è più anidride carbonica nell'atmosfera e il pianeta diventa più caldo, gli agenti atmosferici vanno più veloci e tirano fuori più anidride carbonica. E quando il pianeta è più freddo, gli agenti atmosferici rallentano».
Ma molto rimane sconosciuto su quanto sia sensibile l'erosione ai cambiamenti di temperatura, in parte a causa delle lunghe scale spaziali e temporali coinvolte.
«In un profilo del suolo, vedi un'immagine del suolo in cui l'otturatore della fotocamera è rimasto aperto per un milione di anni - ci sono processi integrati che si verificano per un milione di anni e stai cercando di confrontarlo con un esperimento in pallone di due anni».
La dottoressa Brantley ha affermato che il campo della scienza delle zone critiche, che esamina i paesaggi dalla vegetazione più alta alle acque sotterranee più profonde, ha aiutato gli scienziati a comprendere meglio le complesse interazioni che influenzano gli agenti atmosferici.
Ad esempio, le rocce devono fratturarsi affinché l'acqua penetri nelle fessure e inizi a scomporre i materiali. Perché ciò accada, la roccia deve avere ampie superfici esposte, e ciò è meno probabile che accada nelle regioni in cui il suolo è più profondo.
«È solo quando inizi ad attraversare scale spaziali e temporali che inizi a vedere ciò che è veramente importante», spiega la ricercatrice. «La superficie è davvero importante. Puoi misurare tutte le costanti di velocità che vuoi per quella soluzione in laboratorio, ma finché non puoi dirmi come si forma l'area superficiale là fuori nel sistema naturale, non sarai mai in grado di prevedere il sistema reale».
Gli scienziati hanno riferito sulla rivista Science che le misurazioni della sensibilità alla temperatura in laboratorio erano inferiori alle stime dei suoli e dei fiumi nel loro studio. Usando le osservazioni del laboratorio e dei siti sul campo, hanno migliorato le loro scoperte per stimare la dipendenza dalla temperatura globale degli agenti atmosferici.
Il loro modello può essere utile per capire come gli agenti atmosferici risponderanno ai futuri cambiamenti climatici e per valutare i tentativi fatti dall'uomo di aumentare gli agenti atmosferici per estrarre più anidride carbonica dall'atmosfera, come il sequestro del carbonio.
«Un'idea è stata quella di migliorare l'erosione scavando molta roccia, macinandola, trasportandola e mettendola nei campi per consentire l'erosione», ha detto Brantley. «E funzionerà, sta già funzionando. Il problema è che è un processo molto lento».
Sebbene il riscaldamento possa accelerare gli agenti atmosferici, l'estrazione dall'atmosfera di tutta l'anidride carbonica che gli esseri umani hanno aggiunto potrebbe richiedere migliaia o centinaia di migliaia di anni, hanno affermato gli scienziati.
Altri ricercatori della Penn State che hanno partecipato allo studio sono stati Andrew Shaughnessy, dottorando presso il Dipartimento di Geoscienze e Marina Lebedeva e Victor Balashov, scienziati senior dell'Earth and Environmental Systems Institute.
La National Science Foundation e la cattedra di Hubert L. Barnes e Mary Barnes hanno sostenuto questo lavoro.
Riferimenti:
(1) How temperature-dependent silicate weathering acts as Earth’s geological thermostat
Descrizione foto: Ricercatori nei boschi che studiano i tassi di alterazione degli agenti atmosferici in Pennsylvania. - Credit: Penn State.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Study reveals new clues about how 'Earth's thermostat' controls climate