Vulcani e carbonio | Team italiano con geologi Unife sviluppa nuovo approccio alla quantificazione

Oltre a essere emblema per eccellenza di distruzione e creazione, il magma incandescente dei vulcani evoca da sempre nell’immaginario collettivo la possibilità di vedere ciò che di norma è nascosto nel cuore del Pianeta.

In realtà, anche i gas magmatici rilasciati dai vulcani sono preziose fonti di informazione sulla composizione profonda della Terra e sull’impatto di questa, per esempio, sui cambiamenti climatici.

Si basa proprio sull’analisi di questi gas il nuovo approccio sviluppato e utilizzato da un team di geologi italiani per quantificare il carbonio immagazzinato nel mantello superiore della Terra. Un dato fondamentale, questo, per conoscere meglio il contributo di questa fonte “geologica” alla presenza complessiva di anidride carbonica, la principale responsabile dei cambiamenti climatici in atto.

La ricerca, pubblicata su Nature Geoscience, è stata coordinata da Alessandro Aiuppa dell’Università di Palermo, e ha visto la collaborazione di Vincenzo Stagno dell’Università di Roma La Sapienza, Giancarlo Tamburello  dell’INGV – Sezione di Bologna e di Massimo Coltorti e Federico Casetta del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Ferrara.

“Il carbonio è il quarto elemento più abbondante in termini di massa nell’universo, ed è un elemento chiave per la vita - introduce Aiuppa - . Il suo ricircolo, da e verso l’interno della Terra, regola i livelli di anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera, giocando quindi un ruolo fondamentale nel rendere il nostro pianeta abitabile.  I magmi derivati dal mantello sono i mezzi di trasporto più efficaci per portare il carbonio verso l’idrosfera e l’atmosfera, dove gioca un ruolo primario nel controllo dei cambiamenti climatici su scala geologica”.

“Il ciclo del carbonio cui di solito pensiamo - spiega Coltorti di Unife - è quello superficiale, riferito all’atmosfera e all’idrosfera: la concentrazione del carbonio in questi sistemi è riconosciuta come determinante per i cambiamenti climatici. Quello che si conosce invece molto poco e su cui la comunità scientifica internazionale sta lavorando da tempo è il cosiddetto ciclo profondo del carbonio, legato ai cicli geologici che creano le catene montuose e che portano il carbonio all'interno del mantello. Carbonio che in parte poi si ritrova anche nei diamanti e in parte ritorna in superficie attraverso l'attività vulcanica. 
Le emissioni di anidride carbonica provenienti dai vulcani costituiscono in questo senso un background, ancora di fatto non perfettamente quantificato a scala globale, a cui si sommano le emissioni che provengono dall’attività umana, e su cui tanta attenzione viene posta nello studio dei cambiamenti climatici”.

Sezione schematica dall’Oceano Atlantico all’Oceano Indiano (passando attraverso il cratone Africano), che mostra le variazioni nelle concentrazioni di Carbonio ricostruite nelle sorgenti di mantello da cui sono prodotti i magmi delle Isole Oceaniche e dei Rift Continentali.

“Nel nostro studio abbiamo revisionato e catalogato i dati relativi alla composizione dei magmi e al contenuto in CO2 (e zolfo) nei gas vulcanici emessi da 12 vulcani di hot-spot e di rifting continentale, ovvero sia all’interno delle placche sia ai margini delle stesse.
Attraverso la composizione in elementi maggiori e in tracce dei magmi e al loro contenuto in gas i ricercatori di Unife hanno stimato la profondità e il grado di fusione parziale subito dal mantello e di conseguenza la quantità di CO2 presente a quella profondità. Questo ha permesso di individuare un trend di concentrazione di CO2 all’aumentare della profondità e di fatto un controllo che questo elemento esercita nella produzione dei magmi, spiegano gli autori della ricerca".

Aumento della concentrazione di Carbonio con la profondità di fusione nel mantello superiore terrestre. I magmi prodotti in contesti di Isole Oceaniche e di Rift Continentale sono alimentati da sorgenti di mantello più ricche in Carbonio rispetto alle porzioni di “Depleted MORB Mantle (DMM)”, cioè di mantello impoverito da cui sono prodotti i “Mid-Ocean Ridge Basalts (MORB)”, ovvero basalti di dorsale medio-oceanica.

“I valori misurati (100-700, valore medio 300ppm) indicano una grande eterogeneità nella distribuzione del carbonio nel mantello terrestre e serviranno come riferimento per stimare la quantità di CO2 emessa, ad esempio, in occasione di eventi vulcanici di grande magnitudo, come durante la formazione delle Large Igneous Province (LIP) che hanno fortemente condizionato lo sviluppo della vita del nostro Pianeta. E con un ragionamento circolare, è anche possibile che questi eventi possano essere innescati da concentrazioni anomale di CO2  provenienti da porzioni ancora più profonde del nostro Pianeta”, conclude Coltorti.

Il professor Massimo Coltorti di Unife.

Per saperne di più

Lo studio è stato pubblicato il 5 agosto 2021 su Nature Geoscience con il titolo Carbon concentration increases with depth of melting in Earth’s upper mantle. 

L'elenco completo degli autori: Alessandro Aiuppa, Federico Casetta, Massimo Coltorti, Vincenzo Stagno and Giancarlo Tamburello.

La ricerca è stata finanziata dal Deep Carbon Observatory e dal MIUR, Progetti PRIN2017: Connect4Carbon e "Micro to macro - How to unravel the nature of the Large Magmatic Events".

Vedi anche: Comunicato congiunto dell’Università di Palermo, dell’Università di Roma La Sapienza, dell’INGV – Sezione di Bologna e dell’Università di Ferrara (pdf).

A cura di Ufficio Stampa, Comunicazione istituzionale e digitale Unife