Ricerca svela come le catene montuose emettano anidride carbonica nell’atmosfera

Le catene montuose derivate dalla collisione tra continenti, come l’Himalaya, sono state a lungo sottovalutate negli studi relativi al ciclo profondo dei gas-serra, che coinvolge tra le altre cose i lenti scambi di carbonio tra le rocce della Terra e la sua superficie. Negli ultimi anni, tuttavia, stanno emergendo sempre maggiori evidenze che questi tipi di montagne, se pur prive di vulcani, producano (e hanno prodotto in passato) anidride carbonica (CO2) in quantità rilevanti, dello stesso ordine di grandezza di quelle emesse dall’attività vulcanica.
I meccanismi di produzione della CO2 in profondità in questi contesti geologici e i processi di rilascio della stessa in superficie sono relativamente ben conosciuti. La CO2 viene prodotta a profondità di 20-30 km essenzialmente attraverso reazioni metamorfiche di decarbonatazione che avvengono a spese di originari sedimenti contenenti carbonati. In superficie, la CO2 viene tipicamente rilasciata attraverso circuiti idrotermali, in corrispondenza di sorgenti calde localizzate lungo importanti discontinuità tettoniche (faglie). Sono invece sostanzialmente ancora sconosciuti i meccanismi che consentono di mobilizzare e trasportare la CO2 dalla sorgente profonda alla superficie.
In uno studio appena pubblicato sulla rivista Communications Earth and Environment (del gruppo Nature), Chiara Groppo e Franco Rolfo del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Torino, in collaborazione con Maria Luce Frezzotti dell’Università di Milano-Bicocca, spiegano come e perché quantità significative di CO2 siano in grado di risalire per 20-30 km senza interagire con le rocce circostanti e possano essere efficacemente rilasciate in superficie.
Gli autori di questo studio hanno usato l’approccio della modellizzazione termodinamica per investigare i processi di decarbonatazione in sedimenti metamorfosati lungo gradienti geotermici medio-alti. I risultati della modellizzazione dimostrano che, in queste condizioni di temperatura (T) e pressione (P) (T>590°C, P>7.8 kbar), i fluidi prodotti sono immiscibili e si separano “alla nascita” in due componenti: un vapore ricco in CO2 e una salamoia idro-salina, con proprietà chimico-fisiche molto diverse e, conseguentemente, una diversa mobilità. I fluidi ricchi in CO2, molto più abbondanti, sono meno densi e hanno un comportamento non bagnante: sono quindi in grado di risalire rapidamente in superficie, carbo-fratturando le rocce incassanti e/o sfruttando faglie profonde. Le salamoie idro-saline, invece, sono molto più dense e hanno un comportamento bagnante; stazionano quindi in profondità, permeando le rocce incassanti.
Questo modello concorda perfettamente con quanto attualmente osservato in Himalaya, in particolare con le diffuse emissioni di CO2 gassosa misurate direttamente al suolo e con le anomalie di conduttività elettrica registrate dai geofisici a una profondità di 20-30 km, immediatamente al di sotto di una zona crostale caratterizzata da un’intensa micro-sismicità. Lo studio suggerisce quindi che la produzione di fluidi immiscibili “alla nascita” faciliti la rapida migrazione della CO2 dalla sorgente profonda alla superficie, e dimostra che le catene montuose di tipo collisionale come l’Himalaya sono degli importanti serbatoi di CO2 che può essere efficacemente degassata in superficie.

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