Le placche tettoniche guidano il clima globale da milioni di anni

Uno studio ricostruisce il loro ruolo nel controllo della CO₂ atmosferica e delle principali ere climatiche della Terra

Il clima globale del nostro pianeta è plasmato da forze ben più complesse di quanto ritenuto fino ad oggi. Nelle profondità della Terra avviene qualcosa che sta modellando la superficie del pianeta e anche il clima. A spiegarlo è un team di ricercatori delle Università di Melbourne e Sydney, autori di uno studio pubblicato su Communications Earth & Environment, . Gli scienziati hanno ricostruito come la tettonica a placche abbia influenzato il clima negli ultimi 540 milioni di anni. Per decenni si è ritenuto che le principali emissioni naturali di anidride carbonica responsabili delle grandi oscillazioni climatiche del passato provenissero dai vulcani situati tra le placche tettoniche. Ma i risultati indicano altro.

“Le nostre analisi mostrano che il carbonio rilasciato dalle placche tettoniche in movimento ha probabilmente guidato le transizioni tra climi glaciali e climi serra” spiega il dottor Ben R. Mather, primo autore dello studio e geologo all’Università di Melbourne. Il contributo delle grandi catene vulcaniche – come quelle della Cintura di Fuoco del Pacifico – è diventato dominante solo in tempi recenti. “I nostri risultati aiutano a spiegare alcune delle principali transizioni climatiche del passato, dalla glaciazione del Paleozoico ai periodi caldi del Mesozoico, fino all’attuale era glaciale del Cenozoico” osserva il professor Dietmar Müller, coautore dello studio e docente di Geofisica all’Università di Sydney.

Queste nuove evidenze rafforzano l’idea che il clima terrestre sia profondamente influenzato dai cicli naturali del carbonio su scala geologica. Un principio sostenuto anche dall’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), secondo cui le variazioni di lungo periodo della concentrazione di CO₂ sono tra i principali fattori che regolano l’evoluzione del clima del pianeta.

Tettonica e clima: il ciclo profondo del carbonio

Il nuovo studio entra nel dettaglio dei meccanismi che collegano i movimenti delle placche tettoniche al clima, concentrandosi sul cosiddetto ciclo profondo del carbonio. Storicamente – spiegano gli autori – si pensava che le principali fonti naturali di CO₂ atmosferica fossero gli archi vulcanici formati lungo i margini in cui le placche collidono.

“Per molto tempo si è ritenuto che questi archi fossero i principali responsabili dell’immissione di CO₂ nell’atmosfera” scrivono i ricercatori in un articolo su The Conversation. I nuovi dati suggeriscono invece che un ruolo ben più rilevante sia svolto dalle zone in cui le placche si separano, come le dorsali medio-oceaniche e le grandi fratture continentali. “Proponiamo che questi ambienti abbiano avuto un peso molto maggiore nel determinare i cicli del carbonio della Terra nel corso delle ere geologiche” spiegano gli autori, indicando che è proprio in questi luoghi che il carbonio accumulato nei sedimenti marini profondi può essere gradualmente rimesso in circolo. Un elemento chiave è infatti il modo in cui gli oceani sequestrano la CO₂ atmosferica, immagazzinandola nei sedimenti del fondale marino.

Le simulazioni

Con il lento ma incessante movimento delle placche, quei sedimenti ricchi di carbonio vengono trasportati e in alcuni casi spinti verso l’interno della Terra attraverso le zone di subduzione (dove una placca scivola sotto un’altra). Alla fine di questo viaggio, il carbonio intrappolato nelle rocce può tornare in superficie sotto forma di gas, rilasciato dai vulcani. Si tratta del funzionamento del ciclo profondo del carbonio, un “nastro trasportatore” planetario che su scale di milioni di anni regola la quantità di CO₂ tra l’atmosfera, gli oceani e l’interno della Terra.

Utilizzando modelli computerizzati all’avanguardia, il team ha ricostruito come le placche tettoniche abbiano migrato nel tempo e come abbiano movimentato il carbonio attraverso le ere geologiche. “Utilizzando modelli che ricostruiscono la migrazione delle placche, siamo stati in grado di prevedere i principali stati climatici – serra e glaciale – degli ultimi 540 milioni di anni” precisano i ricercatori.

I risultati mostrano che durante i periodi caldi della storia terrestre (climi di tipo serra), le emissioni di carbonio dai vulcani sottomarini e dalle spaccature della crosta superavano la capacità degli oceani di assorbirlo e intrappolarlo nei sedimenti. Al contrario, durante le epoche fredde (climi di tipo glaciale), il sequestro di CO₂ negli oceani dominava sulle emissioni, facendo calare la concentrazione di anidride carbonica in atmosfera e innescando un raffreddamento globale. In sostanza, l’alternanza tra ere calde e glaciazioni sarebbe dipesa dal mutare dell’equilibrio tra carbonio emesso dalle viscere della Terra e carbonio intrappolato negli abissi oceanici.

Archi vulcanici protagonisti

Un altro aspetto cruciale che lo studio chiarisce è perché il contributo dei vulcani di arco (quelli legati alle zone di subduzione) sia diventato significativo solo negli ultimi tempi geologici. Gli autori spiegano che ciò è dovuto alla diffusione degli organismi planctonici calcificatori negli oceani. Si tratta di minuscoli organismi (come alcune alghe e foraminiferi) capaci di trasformare il carbonio disciolto in mare in gusci e scheletri di calcite, dando vita a sedimenti carbonatici che si accumulano sui fondali.

Questi microrganismi planctonici sono comparsi circa 200 milioni di anni fa e si sono diffusi massicciamente ~150 milioni di anni fa. Di conseguenza, solo negli ultimi ~120 milioni di anni i sedimenti calcarei ricchi di carbonio prodotti da questi organismi hanno iniziato ad alimentare fortemente il ciclo profondo del carbonio. Quando tali sedimenti vengono trascinati nelle zone di subduzione, rilasciano enormi quantità di CO₂ che alimentano le eruzioni vulcaniche agli archi.

Che cosa è cambiato

“Questo processo è diventato dominante solo in epoche relativamente recenti” osservano gli studiosi, sottolineando che prima di allora le emissioni di carbonio dai vulcani di arco erano molto più contenute. In altre parole, per gran parte della storia terrestre passata sono state le dorsali e i rift – i punti in cui la Terra si apre e rilascia carbonio dalle profondità – a guidare il clima, più che i vulcani delle zone di subduzione. L’alta proporzione di CO₂ liberata dai vulcani a causa dei sedimenti carbonatici subdotti è un fenomeno relativamente giovane nel lungo calendario geologico della Terra.

Questa scoperta rivede la nostra comprensione del passato e offre una nuova prospettiva su come i processi tettonici continuino tuttora a influenzare il clima terrestre. I ricercatori evidenziano infatti che il clima del pianeta non dipende solo dalla quantità di CO₂ presente in atmosfera in un dato momento, ma anche dal delicato bilanciamento tra emissioni e sequestri naturali di carbonio operati dalla geologia e dagli oceani. Lo studio mette in risalto un equilibrio dinamico che unisce emissioni geologiche e assorbimento oceanico su scale temporali immense, contribuendo a mantenere il clima terrestre entro condizioni adatte allo sviluppo della vita.

Il clima di oggi cambia più in fretta che in passato

Queste nuove conoscenze forniscono anche un contesto importante per comprendere l’attuale cambiamento climatico. Gli autori sottolineano che comprendere come la Terra abbia controllato il proprio clima nel passato aiuta a mettere in prospettiva quanto inusuale sia il tasso di cambiamento odierno. Oggi le attività umane stanno immettendo CO₂ nell’atmosfera ad una velocità di gran lunga superiore a qualsiasi processo geologico naturale del passato.

“Le attività umane stanno ora rilasciando carbonio molto più rapidamente di qualsiasi processo geologico che abbiamo osservato in precedenza. La bilancia del clima si sta inclinando a un ritmo allarmante”, ha avvertito il dottor Mather. In altre parole, quello che i movimenti della Terra realizzano in milioni di anni, l’uomo lo sta ottenendo in poche centinaia di anni, alterando gli equilibri climatici. Questa consapevolezza rafforza l’importanza di ridurre le emissioni di gas serra di origine antropica: se il ciclo del carbonio naturale ha guidato le oscillazioni del clima nel passato remoto, oggi siamo noi esseri umani a spingere il sistema climatico verso territori sconosciuti.

A cura della Redazione GTNews

Link allo studio:
Carbon emissions along divergent plate boundaries modulate icehouse-greenhouse climates | Communications Earth & Environment