Il respiro delle montagne: la ricerca UniTo svela come le catene montuose emettano anidride carbonica in 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.