Goccioline che si alzano dalla bocchetta di Champagne sul fondo dell'oceano nelle Isole Marianne. I fluidi che escono dal sito contengono anidride carbonica disciolta. NOAA Ocean Explorer
Mentre cresce la preoccupazione sui cambiamenti climatici indotti dall'uomo, molti scienziati stanno guardando indietro attraverso la storia della Terra ad eventi che possono far luce sui cambiamenti che si verificano oggi. Analizzando come il sistema climatico del pianeta è cambiato in passato migliora la nostra comprensione di come potrebbe comportarsi in futuro.
Ora è chiaro da questi studi che gli eventi di riscaldamento brusco sono integrato nel sistema climatico terrestre. Si sono verificati quando i disturbi nello stoccaggio del carbonio sulla superficie terrestre hanno rilasciato gas serra nell'atmosfera. Una delle grandi sfide per scienziati del clima come me è quello di determinare da dove sono venuti questi rilasci prima che gli umani fossero presenti, e cosa li ha scatenati. È importante sottolineare che vogliamo sapere se un evento del genere potrebbe ripetersi.
In uno studio pubblicato di recente, i miei colleghi Katie Harazin, Nadine Krupinski e ho scoperto che alla fine dell'ultima era glaciale, circa 20,000 anni fa, c'era l'anidride carbonica rilasciato nell'oceano dai bacini geologici situato sul fondo del mare quando gli oceani cominciarono a scaldarsi.
Questa scoperta è un potenziale cambiamento di gioco. I serbatoi di carbonio presenti nell'oceano moderno potrebbero essere nuovamente disturbati, con effetti potenzialmente gravi per gli oceani e il clima della Terra.
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La Terra ha pedalato tra glaciazione (punti bassi) e periodi interglaciali caldi negli ultimi 800,000 anni. Ma il riscaldamento climatico attuale si sta verificando molto più rapidamente rispetto agli eventi di riscaldamento del passato. NASA
Il passato è un prologo
Uno degli esempi più noti di un riscaldamento rapido causato dal rilascio di carbonio geologico è il Massima termica paleocenica-eocenica, o PETM, un importante evento di riscaldamento globale che si è verificato su 55 milioni di anni fa. Durante il PETM, la Terra si è riscaldata da 9 a 16 gradi Fahrenheit (da 5 a 9 gradi Celsius) entro circa 10,000 anni.
Gli scienziati del clima considerano ora il PETM come un analogico per i cambiamenti ambientali che si svolgono oggi. Il PETM è accaduto per un periodo più lungo e senza coinvolgimento umano, ma mostra che c'è instabilità intrinseca nel sistema climatico se il carbonio dai serbatoi geologici viene rilasciato rapidamente.
Gli scienziati sanno anche che i livelli di anidride carbonica atmosferica sono aumentati rapidamente alla fine di ognuno dei tardi glaciati del Pleistocene, contribuendo a riscaldare il clima. Durante l'episodio di riscaldamento più recente, 17,000 anni fa, la Terra si è riscaldata da 9 a 13 gradi Fahrenheit (da 5 a 7 gradi Celsius).
Il Calore del Paleocene-Eocene Il massimo ha riscaldato il pianeta in modo così drammatico che le foreste pluviali tropicali si estendevano verso nord fino all'Artico.
Tuttavia, centinaia di studi scientifici non sono riusciti a stabilire cosa ha causato il rapido aumento di anidride carbonica che ha posto fine a ciascuna glaciazione. I ricercatori concordano sul fatto che l'oceano debba essere coinvolto perché agisce come un grande condensatore di carbonio, regolare la quantità di carbonio che risiede nell'atmosfera. Ma sono ancora alla ricerca di indizi per capire cosa influenza la quantità di carbonio nell'oceano durante i repentini cambiamenti climatici.
Laghi sul fondo dell'oceano
Negli ultimi due decenni, gli scienziati oceanici hanno scoperto che ci sono serbatoi di biossido di carbonio liquido e solido che si accumulano sul fondo dell'oceano, all'interno delle rocce e dei sedimenti ai margini di attivi prese d'aria idrotermiche. In questi siti, il magma vulcanico dall'interno della Terra incontra l'acqua surriscaldata, producendo pennacchi di fluidi ricchi di anidride carbonica che filtrano attraverso le fessure nella crosta terrestre, migrando verso l'alto verso la superficie.
Quando un pennacchio di questo fluido incontra l'acqua di mare fredda, l'anidride carbonica può solidificarsi in una forma chiamata idrato. L'idrato forma un cappuccio che intrappola l'anidride carbonica all'interno delle rocce e dei sedimenti e impedisce che entri nell'oceano. Ma a temperature superiori a circa 48 gradi Fahrenheit (9 gradi Celsius), l'idrato si scioglie, rilasciando liquido galleggiante o anidride carbonica gassosa direttamente nell'acqua sovrastante.
Gli scienziati hanno finora documentato serbatoi di biossido di carbonio liquido e idrato nel Pacifico occidentale vicino a Taiwan e nel Mar Egeo. Nelle acque più basse, dove le temperature oceaniche sono più calde e la pressione è più bassa, i ricercatori hanno osservato l'anidride carbonica pura che emana direttamente dai sedimenti come un gas e salendo verso la superficie dell'oceano.
Le bolle di anidride carbonica quasi pura sorgono dai sedimenti che ricoprono un sistema idrotermale attivo nel Pacifico tropicale occidentale. Foto di Roy Price, per gentile concessione di Jan Amend, CC BY-ND
Una wild card climatica
Queste scoperte stanno cambiando la comprensione da parte degli scienziati del sistema del carbonio marino. Gli scienziati del clima non hanno incluso riserve di carbonio in alto mare nei modelli attuali che esplorano i potenziali impatti del riscaldamento futuro, perché si sa poco delle dimensioni e della distribuzione di queste fonti di carbonio.
In realtà, non vi sono praticamente dati che documentino la quantità di anidride carbonica attualmente rilasciata da questi giacimenti nell'oceano. Ciò rende la storia geologica di fondamentale importanza: conferma che questi tipi di serbatoi hanno la capacità di rilasciare grandi quantità di carbonio quando vengono disturbati.
Serbatoi di carbonio analoghi sono stati identificati anche in ambienti terrestri. In 1979, il vulcano Dieng in Indonesia persone 142 soffocate quando ha rilasciato anidride carbonica quasi pura. In 1986, un serbatoio di anidride carbonica sul fondo del lago Nyos in Camerun eruttato, uccidendo gli abitanti del villaggio 1,700 e centinaia di animali.
Mucca soffocata dal biossido di carbonio nell'eruzione del Lago Xnumx Nyos. USGS / Jack Lockwood
L'anidride carbonica si sta sfogando intorno a Mammoth Mountain, in California, in punti in cui il magma si solleva attraverso la crosta terrestre e si blocca a basse profondità. Hanno elevate concentrazioni di biossido di carbonio nel suolo ucciso più di 100 acri di alberi. Gli scienziati stanno lavorando per identificare e caratterizzare altri siti a terra dove potrebbero verificarsi tali rilasci.
È molto più difficile quantificare il biossido di carbonio immagazzinato nei bacini oceanici. Vaste regioni del fondale marino contengono siti di vulcanismo attivo e di ventilazione idrotermica, ma gli scienziati non conoscono praticamente nulla di quanto il biossido di carbonio si accumuli nelle rocce e nei sedimenti circostanti. Dal mio punto di vista, vi è un'urgente necessità di studiare ambienti marini in cui è probabile che il biossido di carbonio si accumuli, e quindi di valutare la loro suscettibilità alla destabilizzazione.
Oceani di riscaldamento, aumento del rischio
Questo non è uno sforzo che dovrebbe essere rinviato. Gli oceani della Terra si stanno surriscaldando rapidamente e i modelli climatici prevedono che si riscalderanno più velocemente vicino ai poli, dove le correnti profonde lo formano portare le acque di riscaldamento verso il basso dalla superficie.
Mentre queste acque calde affondano nell'oceano, trasportano il calore in eccesso verso i siti in cui possono formarsi i serbatoi di anidride carbonica. Quelle acque più calde alla fine destabilizzeranno i sigilli idrati che mantengono intrappolato il biossido di carbonio liquido.
Una corrente molto grande e lenta chiamata la circolazione termoalina porta l'acqua calda nelle regioni polari della Terra, dove si raffredda e sprofonda negli oceani profondi. Maphoto / Riccardo Pravettoni via GRID-Arendal, CC BY-ND
Uno di questi giacimenti si trova nel Pacifico occidentale ad ovest del Trogolo di okinawa nel Mar Cinese orientale. La temperatura delle acque di fondo in questa posizione è da 37 a 39 gradi Fahrenheit (da 3 a 4 gradi Celsius), il che significa che il cappuccio idrato si trova a circa 4-5 gradi Celsius del punto di fusione.
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È importante sottolineare che i fluidi idrotermali caldi stanno salendo da sotto il serbatoio di anidride carbonica verso la superficie. Mentre gli oceani continuano a scaldarsi, la differenza di temperatura tra le acque oceaniche fredde e i fluidi idrotermali più caldi diminuirà. Questo farà sì che l'idrato si assottigli, potenzialmente in un punto in cui non manterrà più la fuga di anidride carbonica liquida.
Ad oggi non ci sono state ricerche per valutare se questi giacimenti di anidride carbonica oceanica sono vulnerabili alle temperature in aumento dell'oceano. Ma la documentazione preistorica della Terra dimostra chiaramente che i serbatoi geologici possono essere destabilizzati - e che quando lo sono, porta a un rapido aumento del biossido di carbonio atmosferico e del riscaldamento globale. A mio avviso, ciò rappresenta un importante rischio sconosciuto che non può essere ignorato.
Circa l'autore
Lowell D. Stott, professore, Università della California del Sud - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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