I minerali di argilla danno il tono al carbonio

I fiumi forniscono continuamente sedimenti agli oceani del mondo. I principali componenti dei sedimenti includono vari minerali argillosi derivanti dall'erosione delle rocce e composti organici di carbonio provenienti da materiale vegetale decomposto nel suolo. Questi due componenti entrano nei fiumi attraverso i processi di erosione.

Durante il viaggio verso gli oceani, la materia organica e i minerali argillosi si combinano per formare complessi di argilla e humus. Una volta in mare, questi complessi affondano sul fondo marino, dove vengono ricoperti da altri sedimenti. Di conseguenza, il carbonio contenuto nei complessi viene fissato e rimosso nel tempo geologico dall'atmosfera e dal relativo ciclo del carbonio sulla superficie terrestre.

Per questo motivo, i minerali argillosi, noti anche come fillosilicati, sono molto importanti per il ciclo globale del carbonio: circa il 90% del carbonio organico depositato nei sedimenti del fondo marino lungo i continenti è dovuto alle interazioni tra la materia organica e vari minerali. Diversi fillosilicati svolgono un ruolo particolarmente importante in questo senso, poiché hanno un'area superficiale specifica particolarmente elevata e sono in grado di legare molto carbonio grazie alle loro piccole dimensioni e alla loro geometria.

Tutto dipende dalla varietà

Ma non tutti i minerali argillosi formano complessi stabili con la materia organica. Un team di ricercatori dell'ETH di Zurigo e della Tongji University di Shanghai ha dimostrato sulla rivista "Science" che diversi tipi di minerali argillosi interagiscono con la materia organica in misura diversa, determinando lo scambio di materia organica. Ciò influenza anche il contributo che il rispettivo minerale argilloso dà alla fissazione del carbonio. L'adesione dei composti di carbonio ai fillosilicati dipende dalla struttura mineralogica e dalle proprietà del rispettivo minerale argilloso. Maggiore è l'area superficiale specifica e più forte è la sua reattività, maggiore è la quantità di materia organica che può aderirvi e maggiore è la quantità di carbonio fissata nel sedimento.

I ricercatori hanno studiato questi processi nel Mar Cinese Meridionale. Qui si incontrano i minerali argillosi smectite provenienti dall'isola principale filippina di Luzon, caolinite proveniente dalla Cina continentale e mica e clorite provenienti dalle montagne di Taiwan. Thomas Blattmann, alumno dottorando del Politecnico e primo autore dello studio, afferma che le condizioni di questo mare sono le migliori al mondo per studiare le interazioni tra i fillosilicati e la materia organica. In altri oceani c'è una "miscela selvaggia" di fillosilicati, per cui i processi a cui i ricercatori sono interessati si sovrappongono. "Questo rende difficile decifrare il contributo dei singoli tipi di minerali argillosi. Nel Mar Cinese Meridionale, invece, è chiaro da quale massa terrestre provengono i minerali argillosi. ? una cosa unica".

I minerali di Taiwan come trappola per il carbonio

La smectite si forma durante l'erosione chimica del basamento vulcanico e si combina in acqua dolce con la materia organica di terreni fertili e ricchi di humus. Tuttavia, quando questi complessi raggiungono l'acqua salata, le smectiti scambiano il carico di organi. Assorbono i composti di carbonio disciolti nell'acqua di mare e rilasciano nell'oceano la materia organica proveniente dalla terraferma. Non è chiaro cosa succeda in seguito.

Blattmann ritiene probabile che gli organi provenienti da Luzon si ossidino, vengano consumati da microrganismi o rimangano liberamente disciolti nell'acqua di mare per migliaia di anni. I silicati stratificati delle montagne di Taiwan si comportano diversamente. Legano molto fortemente il carbonio continentale proveniente da Taiwan e trasportano quindi la materia organica in modo rapido ed efficiente nel mare.

"Dipende quindi dal tipo di minerali argillosi il modo in cui il carbonio proveniente dalle masse terrestri viene trasferito e ridepositato negli oceani. Questi minerali influenzano il trasferimento su larga scala degli organi dai continenti fino al loro bacino sul fondo del mare", spiega Blattmann.

Nuove scoperte sollevano nuove domande

"I fillosilicati svolgono un ruolo più importante nel ciclo globale del carbonio di quanto si pensasse in precedenza", afferma Tim Eglinton, professore presso l'Istituto Geologico dell'ETH di Zurigo. Più grande è la loro superficie specifica, più sostanze organiche possono accumularsi e più carbonio si deposita sul fondo marino. "Tuttavia, questo non può essere quantificato, poiché la nostra conoscenza del comportamento individuale dei vari minerali argillosi è ancora agli inizi. Abbiamo ancora bisogno di molte ricerche per poter fare affermazioni sull'intero fondale marino di tutti gli oceani del mondo".