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Carbon release from Chatham Rise pockmarks may have been climatically relevant during the last deglaciation

Questo studio utilizza un modello idromeccanico 2D per dimostrare che il rapido rilascio di fluidi dalle pockmark di Chatham Rise durante l'ultima deglaciazione potrebbe aver emesso circa 2 Petagrammi di CO2 all'anno, un tasso significativamente più alto di quello del Massimo Termico del Paleocene-Eocene, suggerendo che tale rilascio geologico di carbonio sia stato un importante, e precedentemente sottovalutato, motore dei trend della CO2 atmosferica deglaciale.

Autori originali: Katrina Magno, Jess Hillman, Ludovic Räss, Lowell Stott, Jenny Suckale

Pubblicato 2026-08-20

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CC BY 4.0

Autori originali: Katrina Magno, Jess Hillman, Ludovic Räss, Lowell Stott, Jenny Suckale

Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Questa è una spiegazione generata dall'IA dell'articolo qui sotto. Non è stata scritta né approvata dagli autori. Per precisione tecnica, consulta l'articolo originale. Leggi il disclaimer completo

Profondamente sotto il fondale oceanico, vasti serbatoi di antico carbonio giacciono intrappolati all'interno di strati di roccia e sedimenti. Per decenni, gli scienziati hanno saputo che il clima della Terra è strettamente legato alla quantità di anidride carbonica nell'atmosfera, ma i meccanismi precisi che spostano questo carbonio tra la parte profonda della Terra e l'aria sono rimasti in parte misteriosi. Una domanda chiave è stata quanto velocemente e in quali quantità questo carbonio geologico possa sfuggire verso la superficie, particolarmente durante i periodi in cui il pianeta si sta riscaldando e le calotte glaciali si stanno sciogliendo. Quando enormi quantità di ghiaccio si sciolgono, il peso che preme sul fondale oceanico cambia, e questo spostamento può innescare il rilascio di fluidi dal sottosuolo profondo. Se questi fluidi trasportano anidride carbonica, potrebbero potenzialmente accelerare il riscaldamento globale, creando un ciclo di feedback in cui il riscaldamento porta a un maggiore rilascio di carbonio, che a sua volta porta a un ulteriore riscaldamento. Comprendere questi impulsi nascosti di gas è fondamentale per ricostruire il clima del passato e prevedere il comportamento del sistema Terra nel futuro.

Al largo della costa della Nuova Zelanda, un altopiano sottomarino noto come Chatham Rise custodisce un indizio enorme e silenzioso su questo processo. Il fondale marino lì è punteggiato da oltre 45.000 depressioni simili a crateri, formate dall'espulsione di fluidi dal basso. Sebbene crateri simili in altre parti del mondo siano spesso legati al rilascio di gas metano derivante dallo scioglimento dei ghiacci, il Chatham Rise non è mai stato coperto da ghiacciai, e i suoi crateri non contengono metano. Al contrario, l'evidenza chimica suggerisce che questi crateri siano bocche di sfiato per l'antica anidride carbonica che è stata intrappolata per milioni di anni nelle rocce calcaree profonde all'interno della crosta terrestre. La tempistica della comparsa di questi crateri punta direttamente all'ultima volta in cui il mondo stava uscendo da un'era glaciale, un periodo noto come deglaciazione. Ciò solleva una possibilità convincente: che l'rapida ascesa del livello del mare durante quel tempo abbia agito come un interruttore, sbloccando i serbatoi di carbonio profondi e pompandoli nell'oceano e nell'atmosfera.

Per testare questa idea, un team di ricercatori ha costruito una simulazione al computer del fondale oceanico sotto il Chatham Rise. Si sono concentrati sui thick strati di sedimenti ricchi di argilla che si trovano tra i profondi serbatoi di carbonio e il fondale marino. Nei tempi normali, quando i livelli del mare sono stabili, i fluidi si muovono lentamente e uniformemente attraverso questi sedimenti, come l'acqua che impregna una spugna. Tuttavia, i ricercatori hanno modellato cosa accade quando i livelli del mare aumentano rapidamente, come avvenne durante la fine dell'ultima era glaciale. Il loro modello ha mostrato che questo rapido aumento del peso dell'acqua spinge l'argilla in uno stato in cui non riesce a drenare abbastanza velocemente. Questa pressione si accumula e costringe il fluido a trovare la via di minor resistenza, rompendo attraverso il sedimento in canali stretti e potenti, invece di fuoriuscire dolcemente. Questi canali raggiungono infine la superficie, creando i crateri visibili oggi sul fondale marino.

La simulazione ha rivelato che, una volta formati questi canali, essi trasportano il fluido a un ritmo circa mille volte più veloce del lento e costante filtraggio che avviene tra le ere glaciali. Applicando questo modello ai 476 piccoli crateri che sono stati mappati dettagliatamente, i ricercatori hanno stimato il volume di fluido che potrebbe essere stato rilasciato durante la prima ondata di questa attività. Hanno calcolato che il volume di fluido che si muoveva attraverso questi percorsi era di circa 1.800 chilometri cubi all'anno. Per comprendere l'impatto climatico, il team ha poi convertito questo volume di fluido in una massa di anidride carbonica. Anche utilizzando le stime più conservative — assumendo che il fluido contenesse solo una minuscola frazione di anidride carbonica ed fosse in stato gassoso — il risultato è stato sbalorditivo. Il tasso di rilascio è risultato essere di circa 2 petagrammi di anidride carbonica all'anno.

Questo numero è significativo se inserito nel contesto della storia della Terra. I ricercatori hanno confrontato il loro dato con l'inizio di un famoso evento di riscaldamento antico chiamato Massimo Termico del Paleocene-Eocene, che causò estinzioni di massa e picchi di temperatura globale. La loro stima suggerisce che il rilascio di carbonio dai soli pachi del Chatham Rise sia stato circa quattro volte più veloce del tasso di rilascio di carbonio inferito per l'inizio di quella antica catastrofe. Sebbene lo studio si sia concentrato su un sottoinsieme specifico di crateri e abbia utilizzato una simulazione piuttosto che una misurazione diretta, i risultati suggeriscono che il rilascio di carbonio geologico da campi come il Chatham Rise possa essere stato un driver importante, sebbene precedentemente trascurato, del cambiamento climatico durante l'ultima deglaciazione. Lo studio indica che il ciclo del carbonio profondo della Terra è capace di rispondere rapidamente ai cambiamenti superficiali, potendo fornire massicci impulsi di gas serra che potrebbero aver contribuito a plasmare il clima del passato.

Sintesi Tecnica: Rilascio di Carbonio dai Pockmark del Chatham Rise

Definizione del Problema
Si ipotizza che il rapido rilascio di carbonio geologico dai margini continentali durante le deglaciazioni del Pleistocene superiore abbia contribuito ai trend di CO₂ atmosferica, tuttavia la rilevanza climatica dei singoli eventi di rilascio rimane non quantificata. Mentre i campi di pockmark su margini precedentemente glaciati (ad es. Mare di Barents, Mare del Nord) sono legati al rilascio di metano tramite la dissociazione degli idrati di gas guidata dal ritiro delle calotte glaciali, il Chatham Rise al largo della Nuova Zelanda presenta un meccanismo distinto. Questa regione, mai glaciata, ospita oltre 45.000 pockmark. Le prove geochimiche indicano che queste strutture non sono guidate da metano superficiale, ma da carbonio antico e profondo proveniente dai calcari mesozoici subotti dell'Altopiano di Hikurangi. Il problema centrale affrontato è se la transizione da una diffusione distribuita a un rilascio di fluidi localizzato attraverso questi percorsi profondi, durante l'innalzamento del livello del mare deglaciale, possa generare un flusso di CO₂ sufficientemente significativo da impattare sul ciclo globale del carbonio.

Metodologia
Gli autori utilizzano un modello idromeccanico 2D per simulare il trasporto di fluidi attraverso una colonna di sedimenti ricca di argilla sotto il Chatham Rise. Il modello tratta il sottosuolo marino come una miscela di due fasi incompressibili: fluido ricco di carbonio e roccia sedimentaria, risolvendo le equazioni mediate per volume della conservazione della massa e del momento.

Componenti metodologiche chiave includono:

Confronto di Regime: Lo studio confronta un regime quasi stazionario e completamente drenato (che rappresenta i periodi interglaciali) con un regime di disequilibrio, parzialmente non drenato, guidato da un rapido carico superficiale (innalzamento del livello del mare).
Parametrizzazione: Le proprietà dei sedimenti sono vincolate dai dati IODP Expedition 372/375 del margine di Hikurangi, specificamente argilla limosa con permeabilità che varia da $3,0 \times 10^{-17}$ a $6,0 \times 10^{-14} \text{ m}^2$ . Il modello utilizza una relazione di permeabilità dipendente dalla porosità ( $k_\phi = k_0 (\phi/\phi_0)^{n_k}$ ) e la deformazione poroviscosa per catturare l'asimmetria tra compattazione e decompattazione.
Configurazione della Simulazione: Gli autori testano valori di permeabilità iniziale ( $k_0$ ) tra $5 \times 10^{-16}$ e $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ , selezionando $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ come il miglior adattamento alle dimensioni osservate dei pockmark. La simulazione traccia l'emergere di percorsi localizzati di fluido (pockmark) man mano che la matrice del sedimento transita verso uno stato non drenato.
Stima del Flusso: Il flusso di volume del fluido è calcolato identificando i picchi nel flusso verticale lungo il fondale marino, approssimandoli come superfici gaussiane 2D, e integrando il prodotto tra area e flusso di picco. L'analisi si concentra sulla "prima ondata" di percorsi localizzati, definita come l'intervallo tra l'inizio della localizzazione e il primo minimo locale nel flusso verticale totale.
Conversione del Carbonio: Per stimare il flusso di massa di CO₂, gli autori applicano limiti conservativi: una frazione volumetrica di CO₂ dell'1–5% (basata sui limiti di solubilità nelle salamoie) e due densità di fase (gas e liquido) corrispondenti alle profondità d'acqua dei pockmark (250–700 m).

Risultati Chiave

Meccanismo di Localizzazione: Il modello dimostra che un rapido innalzamento del livello del mare spinge la matrice sedimentaria in uno stato parzialmente non drenato e viscosamente deformabile. Ciò innesca la localizzazione del flusso, dove i flussi verticali all'interno dei percorsi emergenti superano il flusso di fondo distribuito del regime quasi stazionario di circa tre ordini di grandezza ( $\sim 10^3$ ).
Flusso di Volume del Fluido: Per i 476 piccoli pockmark mappati (<1,45 km²) sul Chatham Rise, il flusso di volume del fluido integrato durante la prima ondata di rilascio localizzato è stimato in circa $1,8 \times 10^3 \text{ km}^3/\text{anno}$ .
Flusso di Massa di CO₂: Anche sotto le ipotesi più conservative (1% di CO₂ in volume in forma gassosa), il tasso di rilascio stimato è di circa 2 Petagrammi (Pg) di CO₂/anno.
Magnitudo Comparativa: Questa stima del limite inferiore è circa quattro volte superiore al tasso mediano di rilascio di CO₂ (0,6 Pg/anno) inferito per l'inizio del Massimo Termico del Paleocene-Eocene (PETM).

Significato e Rivendicazioni
L'articolo sostiene che il rilascio di carbonio geologico dai campi di pockmark possa essere una componente del ciclo del carbonio deglaciale precedentemente sottovalutata. Gli autori affermano che il meccanismo proposto — attingere a serbatoi profondi e antichi di carbonio geologico attraverso sedimenti ricchi di argilla tramite un rapido carico — differisce fondamentalmente dai meccanismi di rilascio di metano superficiale osservati sui margini glaciati.

La significatività dei risultati risiede nell'entità del flusso stimato. Gli autori affermano che un tasso di rilascio di ~2 Pg CO₂/anno, sostenuto in una finestra temporale relativamente breve rispetto alla risposta del ciclo del carbonio oceanico (decenni a secoli per le acque intermedie del Pacifico meridionale), è climaticamente rilevante. Suggeriscono che impulsi simili da margini continentali ricchi di argilla in tutto il mondo potrebbero contribuire alle variazioni "a forma di dente di sega" del ciclo del carbonio registrate nelle carote di ghiaccio, pur sottolineando che quantificare questo contributo a livello globale richiede prove specifiche sul campo attualmente mancanti. Lo studio non pretende di aver modellato direttamente la termodinamica o la geochimica, ma fornisce un quadro idromeccanico per stimare la scala potenziale di tali eventi di rilascio di carbonio profondo.

Sintesi Tecnica: Rilascio di Carbonio dai Pockmark del Chatham Rise

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