Montanhas tectonicamente ativas desempenham um papel importante na produção natural de CO₂ regulação da atmosfera. Processos concorrentes ocorrem aqui:na superfície da Terra, a erosão impulsiona processos de intemperismo que absorvem ou liberam CO₂ , dependendo do tipo de rocha. Em profundidade, o aquecimento e o derretimento da rocha carbonática levam à liberação de CO₂ na superfície.



Nos Apeninos centrais da Itália, pesquisadores liderados por Erica Erlanger e Niels Hovius do Centro Alemão de Pesquisa de Geociências GFZ e Aaron Bufe da Ludwig-Maximilians-Universität München investigaram e equilibraram todos esses processos em uma região pela primeira vez —usando, entre outros, análises de CO₂ conteúdo em rios e nascentes de montanha. Eles descobriram que o intemperismo nesta região leva a um aumento global de CO₂ absorção.

No entanto, esses processos próximos à superfície determinam apenas o CO₂ equilíbrio em áreas com crosta espessa e fria. No lado ocidental dos Apeninos Centrais, a crosta é mais fina e o fluxo de calor é maior. Pronto, CO₂ a liberação de gases das profundezas é até 50 vezes maior que a do CO₂ absorção através do intemperismo.

Em suma, a paisagem analisada é uma atmosfera de CO₂ emissor. A estrutura e a dinâmica da crosta terrestre, portanto, controlam a liberação de CO₂ aqui mais fortemente do que o intemperismo químico. O estudo foi publicado hoje na revista Nature Geoscience .

O papel das montanhas no CO₂ da Terra orçamento

Além do CO₂ produzido pelo homem emissões, muitos processos naturais - tanto biológicos quanto geológicos - também desempenham um papel no equilíbrio do CO₂ global orçamento. As paisagens montanhosas modulam fortemente o ciclo do carbono, e é importante considerar adequadamente a competição do CO₂ emissão e CO₂ absorção que ocorre aqui em modelos climáticos.

Por um lado, as rochas na superfície da Terra são desgastadas por processos de dissolução química:a erosão expõe continuamente a rocha, que - dependendo do tipo de rocha - sofre intemperismo em taxas diferentes e absorve ou libera CO₂ . Minerais de silicato, por exemplo, ligam CO₂ e formar calcário. Por sua vez, o intemperismo de minerais contendo carbonatos e sulfetos libera CO₂ .

Uma equipe de pesquisa liderada por Aaron Bufe e Niels Hovius investigou a competição do CO₂ liberação e redução devido ao intemperismo em um estudo adicional publicado na revista Science no início de março. phys.org/news/2024-03-geologis … -ranges-largest.html">Eles analisaram a influência da taxa de erosão no CO₂ equilíbrio usando várias regiões montanhosas ao redor do mundo como exemplo.

No entanto, a construção de montanhas não influencia apenas as taxas de erosão e intemperismo na superfície da Terra. Onde as placas tectônicas deslizam umas sobre as outras, o aquecimento das rochas carbonáticas na crosta e no manto pode levar a reações químicas associadas ao CO₂ emissões.

"Estudos anteriores muitas vezes se concentraram em um único processo e trataram o intemperismo na superfície e os processos em profundidade separadamente. Queríamos mudar isso", diz Niels Hovius.

Investigações nos Apeninos:CO₂ liberação de gases ou armazenamento – qual processo domina?

A competição entre processos próximos à superfície e processos profundos é agora o foco de um novo estudo de Erica Erlanger, cientista de pós-doutorado na GFZ e na Université de Lorraine (França), Aaron Bufe, professor de sedimentologia na LMU Munique e ex-cientista de pós-doutorado na GFZ, e Niels Hovius, chefe da Seção de Geomorfologia da GFZ e professor da Universidade de Potsdam, juntamente com colegas da França, Itália, EUA e Suíça.

Os Apeninos centrais, na Itália, revelam-se uma região particularmente adequada para este estudo, como explica Erica Erlanger, primeira autora do estudo:"Esta área faz parte de uma cordilheira ativa com zonas estreitamente espaçadas de crosta espessa e fria e fina, crosta quente, permitindo-nos investigar a influência da atividade subterrânea. As condições climáticas, bem como a topografia e os tipos de rochas na superfície são semelhantes em toda a área, portanto não deve haver grandes diferenças na atividade meteorológica."

Amostragem e análise de CO₂ conteúdo

Nos Apeninos centro-ocidentais, a espessura da crosta é de cerca de 20 quilômetros e o fluxo de calor chega a mais de 100 miliwatts por metro quadrado, enquanto a crosta no leste tem mais de 40 quilômetros de espessura, com um fluxo de calor de cerca de 30 miliwatts por metro quadrado. metro.

Os pesquisadores coletaram um total de 104 amostras de água nos sistemas oeste de Tevere e leste do rio Aterno-Pescara, 49 delas no verão de 2020 e 55 no inverno de 2021, cobrindo as estações mais quentes e secas e as estações mais chuvosas e mais frias para estimar o mínimo ( verão) e CO máximo (inverno)₂ fluxos.

As amostras de água são adequadas porque rios e nascentes transportam carbono, que se origina tanto nas profundezas quanto nas reações de intemperismo próximas à superfície. A análise química das amostras incluiu a determinação da abundância relativa de vários isótopos de carbono. Estes podem fornecer informações sobre se o carbono se origina de uma planta ou da atmosfera ou se foi liberado de uma rocha subduzida.

"Com base nisso, conseguimos calcular as quantidades de CO₂ liberado pelo intemperismo ou por carbonatos em profundidades, e as quantidades de CO₂ ligados por silicatos intemperizados", explica Erlanger.

Para estimar um equilíbrio global para o CO₂ orçamento dos Apeninos, os pesquisadores também levaram em conta estimativas de CO inorgânico₂ emissões de respiradouros de gás conhecidos no lado ocidental dos Apeninos, bem como de CO₂ orgânico intercâmbio.

Apeninos Centrais como CO líquido₂ fonte, mas com uma divisão de CO₂ equilíbrio

A equipe de pesquisa descobriu que os processos de intemperismo em toda a área de estudo capturam predominantemente CO₂ e não o libere. Notavelmente, porém, onde a crosta é fina e o fluxo de calor é alto, o CO₂ a liberação das profundezas supera o CO₂ relacionado ao intemperismo fluxos por um fator de 10 a 50. No geral, a região é, portanto, um CO₂ fonte.

"É importante ressaltar que as flutuações no CO₂ A liberação de rochas profundas é muito maior do que as flutuações nos fluxos de intemperismo químico. Isto significa que a geodinâmica regional nos Apeninos centrais influencia mais fortemente o ciclo do carbono, modulando a libertação de CO₂ da profundidade, e não impactando as reações de intemperismo", resume Erica Erlanger.

"Com base na evolução geológica da área, estimamos que o CO₂ a liberação de gases da crosta e do manto provavelmente ocorreu nos últimos 2 milhões de anos."

"Nossas investigações contribuirão para uma melhor compreensão do CO₂ real equilíbrio para a atmosfera e, portanto, para melhores modelos climáticos de longo prazo", diz Aaron Bufe. "Eles também ajudam a esclarecer como nosso planeta manteve a estreita gama de condições que conduzem à vida, equilibrando o CO₂ liberação de gases e CO₂ processos de armazenamento ao longo dos tempos geológicos."

Niels Hovius diz:"Se quisermos investigar o papel das montanhas no ciclo do carbono da Terra em um sentido mais geral, mesmo questões geológicas aparentemente simples exigirão uma abordagem mais holística. De particular interesse são os cinturões de montanhas geologicamente jovens nos limites das placas, onde o carbonato as rochas provavelmente predominarão tanto perto da superfície quanto em profundidade.

"A actual região mediterrânica e outras cadeias montanhosas comparativamente jovens, como o arquipélago indonésio, apresentam condições geológicas e tipos de rocha semelhantes aos dos Apeninos centrais. Portanto, a próxima grande questão que enfrentamos é se a libertação de gases em áreas tectónicas activas poderia ser um fenómeno global em espaço e tempo."

Mais informações: Erica Erlanger et al, Liberação profunda de CO2 e orçamento de carbono dos Apeninos centrais modulados pela geodinâmica, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01396-3
Informações do diário: Geociências da Natureza , Ciência

Fornecido pela Associação Helmholtz de Centros de Pesquisa Alemães