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Capire come montagne e fiumi rendono possibile la vita

Gli scienziati della Stanford University hanno ideato un paio di equazioni matematiche che meglio descrivono come la topografia e la composizione geologica di un paesaggio influenzano il processo mediante il quale l’anidride carbonica viene trasferita agli oceani o immagazzinata all’interno della Terra.

Gli studiosi hanno per molto tempo sospettato che il cosiddetto ciclo del carbonio fosse il fautore di un clima favorevole alle condizioni di sviluppo della vita, perché aiuta a regolare le concentrazioni atmosferiche di CO2, un gas serra che agisce intrappolando in atmosfera il calore del sole. Questo ciclo pare abbia anche giocato un ruolo importante nel lento scongelamento del pianeta nelle fasi di post glaciazione, ove i ghiacci erano arrivati a ricoprire l’equatore trasformando il pianeta in una palla di ghiaccio.

Kate Maher della Stanford University regge due tipi di terreno diversi. Il terreno a sinistra è giovane, scuro, e composto da minerali chimicamente più reattivi. Il campione a destra è vecchio e composto da minerali meno reattivi, quali le argille. Credit: Matthew Rothe

Kate Maher della Stanford University regge due tipi di terreno diversi. Il terreno a sinistra è giovane, scuro, e composto da minerali chimicamente più reattivi. Il campione a destra è vecchio e composto da minerali meno reattivi, quali le argille. Credit: Matthew Rothe

Le condizioni per lo sviluppo della vita sulla Terra sono state favorite, in parte, dal trasferimento dell’anidride carbonica dall’atmosfera del pianeta al suo interno roccioso e viceversa. Ora gli scienziati di Stanford hanno messo a punto un paio di equazioni matematiche che meglio descrivono come la topografia, la composizione litologica e il movimento dell’acqua attraverso il paesaggio influisce su questo processo di riciclo vitale.

“Le nostre equazioni suggeriscono che i diversi paesaggi abbiano la capacità di regolare il trasferimento di anidride carbonica”, ha detto Kate Maher, assistente di Scienze Geologiche e Ambientali, che ha sviluppato le equazioni insieme con la collega Page Chamberlain. La ricerca, che è stata sostenuta dalla National Research Foundation, è apparsa sulla rivista Science.

Il ciclo del carbonio inizia quando i vulcani rilasciano anidride carbonica nell’atmosfera. La CO 2 poi si mescola con l’acqua piovana e cade sulla Terra come acido carbonico. Sulla terra, l’acido carbonico erode chimicamente i silicati esposti sulla superficie terrestre e causa il rilascio di elementi come calcio e magnesio, che vengono poi dilavati nell’oceano. Nel corso di milioni di anni, questi elementi si trasformano in rocce, come il calcare. Quando la dinamica della tettonica a zolle spinge poi il fondo marino giù nel mantello terrestre, il carbonio viene rilasciato di nuovo come CO 2, che viene scaricato nell’atmosfera attraverso le eruzioni vulcaniche, completando così il ciclo.

Le equazioni sviluppate da Maher e Chamberlain analizzano quindi l’alterazione geologica generata dal ciclo del carbonio. La quantità di effetti che si verifica dipende da diversi fattori: uno è la composizione del terreno. Suoli più vecchi, che sono già stati alterati si sciolgono più lentamente rispetto ai terreni fatti di roccia recente. “I suoli esposti al clima nel corso del tempo, diventano sempre meno chimicamente reattivi”, afferma Maher. “L’erosione da parte di agenti fisici, che spesso si verifica nelle regioni montane, riempie il terreno di minerali reattivi.”

Un’altra considerazione è relativa al tempo che impiega l’acqua a transitare attraverso il suolo, una variabile che gli scienziati chiamano “tempo di percolazione”. Più tempo passa più l’acqua piovana che scorre attraverso i terreni accentua il fenomeno del dilavamento. Il tempo di percorrenza del fluido è a sua volta influenzato dalla topografia del paesaggio; l’acqua tende a scorrere più lentamente attraverso una superficie piana rispetto ad un declivio in discesa.

Ciclo classico del carbonio (Fonte Wikipedia)

Ciclo classico del carbonio (Fonte Wikipedia)

Nel mondo reale, questi diversi fattori interagiscono in modo complesso. Essi potrebbero lavorare insieme per accelerare il processo di invecchiamento, o potrebbero opporsi a vicenda per rallentare il processo stesso. Ad esempio, considerando le precipitazioni che cadono su una montagna, a causa della gravità, l’acqua può fluire più rapidamente attraverso la montagna, riducendo così il tempo di percorrenza del fluido. Tuttavia, i suoli in zone montuose tendono ad essere più giovani e quindi più ricchi di elementi come calcio e magnesio, e di conseguenza sono più reattivi e facilmente alterabili. La combinazione tra il flusso dell’acqua e la reattività dei suoli modula il fenomeno erosivo. Maher e Chamberlain sostengono che questi limiti sono importanti per il mantenimento di livelli di CO 2 in un range accettabile per mantenere le temperature adatte per la vita.

Le equazioni potrebbero migliorare la comprensione degli scienziati del ciclo del carbonio integrando lo studio delle interazioni tra i fattori geologici e idrologici che influenzano la litosfera. Prima di tutto, gli scienziati tendono a studiare l’influenza della topografia e dell’idrologia separatamente. “Il nostro lavoro fornisce un quadro quantitativo che lega insieme molte osservazioni qualitative degli ambienti atmosferici moderni, ma anche fornisce nuove ipotesi su come questi processi possano lavorare insieme”, ha detto Maher.

Attualmente Maher e Chamberlain stanno utilizzando i dati relativi alle caratteristiche dei fiumi di tutto il mondo per adattare e migliorare le loro equazioni.

Marco Ferrari 
19 marzo 2014


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Aggiunto in: Geologia

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