Facilitation or Inhibition: the role of volcanic ash in lacustrine organic matter production
Questo studio rivela che la cenere vulcanica esercita un'influenza dipendente da una soglia sulla produzione di materia organica lacustre nella Formazione Lucaogou del Bacino di Jimsar, dove un contenuto di cenere moderato (20–40%) ne aumenta la produttività attraverso il rilascio di nutrienti, mentre contenuti bassi (<20%) e alti (>40%) hanno effetti trascurabili o inibitori, rispettivamente.
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Profondamente sotto la superficie terrestre, i vulcani agiscono come potenti motori che spostano materia ed energia tra l'interno e la superficie del pianeta. Quando eruttano, non si limitano a sputare lava; rilasciano gas e cenere che fluttuano nell'aria e si depositano nei laghi e negli oceani. Questo processo è una parte critica di come la Terra ricicla il carbonio e i nutrienti. Gli scienziati discutono da tempo su cosa accada quando quella cenere vulcanica si deposita in un corpo d'acqua. Una parte dell'argomentazione suggerisce che la cenere agisca come un fertilizzante, riversando nutrienti essenziali che causano la fioritura di vita microscopica e la creazione di enormi quantità di materia organica. L'altra parte sostiene che la cenere sia tossica e accecante, soffocando la vita e bloccando la produzione. Comprendere quale di queste forze prevalga non è solo una questione di curiosità accademica; aiuta i geologi a capire dove potrebbero nascondersi i depositi di petrolio e gas del mondo, poiché questi combustibili sono i resti antichi di quella materia organica.
Un team di ricercatori si è messo in viaggio per risolvere questo enigma osservando una specifica sezione di storia geologica nel Bacino di Junggar, nel nord-ovest della Cina. Si sono concentrati su uno strato roccioso chiamato Formazione di Lucaogou, che si è depositato in un antico lago milioni di anni fa. Questa località è un laboratorio naturale perfetto perché gli strati rocciosi presenti lì sono continui e contengono quantità variabili di cenere vulcanica, da pochissima a moltissima. Il team ha perforato la terra per recuperare campioni di carota, che sono cilindri di roccia che preservano la storia del lago nei loro strati. Analizzando questi campioni, potevano vedere esattamente che tipo di vita viveva lì e quanto fosse produttivo il lago in diversi momenti, a seconda di quanta cenere cadeva nell'acqua.
I ricercatori hanno iniziato identificando la fonte della materia organica intrappolata nelle rocce. Utilizzando marcatori chimici che fungono da impronte digitali per diversi tipi di vita, hanno scoperto che il materiale organico proveniva da una miscela di fonti: alghe e batteri che vivevano nell'acqua, insieme ad alcune piante provenienti dalla terraferma. Tuttavia, i contributori dominanti erano gli organismi acquatici. Hanno anche scoperto che l'antico lago si trovava in uno stato in cui l'ossigeno era scarso, una condizione che aiuta a preservare la materia organica. Per capire quanto fosse produttivo il lago, il team ha dovuto scegliere gli strumenti chimici giusti. Hanno testato diversi indicatori, ma hanno scoperto che alcuni erano fuorvianti perché l'ambiente dell'antico lago era chimicamente complesso. Hanno determinato che il rapporto tra rame e titanio nella roccia era il modo più affidabile per misurare quanto la vita stesse prosperando, poiché il rame tende ad attaccarsi al materiale organico in queste condizioni di basso ossigeno.
La scoperta più sorprendente è emersa quando il team ha osservato come la quantità di cenere vulcanica cambiasse la storia della vita nel lago. Hanno scoperto che la relazione non era una semplice "più cenere equivale a più vita" o "più cenere equivale a meno vita". Invece, l'effetto dipendeva interamente dalla concentrazione della cenere. Quando il contenuto di cenere vulcanica era basso, costituendo meno del 20 percento della roccia, aveva quasi nessun effetto sulla quantità di vita nel lago. I ricercatori suggeriscono che, a questi bassi livelli, la cenere avesse già perso gran parte del suo valore nutritivo al momento del deposito, quindi non aiutava né danneggiava gli organismi.
La storia cambiava quando il contenuto di cenere vulcanica saliva a un livello moderato, tra il 20 e il 40 percento. In questo intervallo, la cenere agiva come un potente potenziatore. Man mano che la quantità di cenere aumentava, il lago diventava incredibilmente produttivo. La cenere rilasciava un'ondata di nutrienti come azoto e fosforo, che causavano la rapida moltiplicazione di batteri e alghe. I ricercatori hanno osservato che diversi tipi di vita rispondevano in modo differente a questo stimolo. I cianobatteri, un tipo di antico batterio, prosperavano per primi quando i livelli di cenere si trovavano sul limite inferiore di questo intervallo moderato. Man mano che il contenuto di cenere saliva verso l'alto all'interno di quella finestra tra il 20 e il 40 percento, le alghe verdi e altri batteri prendevano il sopravvento, raggiungendo il picco della loro abbondanza quando il contenuto di cenere era tra il 35 e il 40 percento. Questo periodo rappresenta il punto ideale in cui la cenere vulcanica ha aiutato a creare i ricchi strati organici che avrebbero potuto eventualmente diventare petrolio.
Tuttavia, i benefici della cenere vulcanica hanno un limite netto. Quando il contenuto di cenere superava il 40 percento, la dinamica si ribaltava completamente. Il lago diventava un ambiente ostile. Il volume enorme di cenere introduceva alti livelli di sostanze tossiche, come piombo e mercurio, che avvelenavano l'acqua. Inoltre, la densa nuvola di particelle di cenere rendeva l'acqua così torbida da impedire alla luce solare di penetrare, impedendo alle piante e alle alghe di compiere la fotosintesi. Il risultato fu una mortalità di massa della vita acquatica. I marcatori chimici mostrarono un rapido declino dell'abbondanza di tutti gli organismi, e la produzione di nuova materia organica si arrestò.
Ricomponendo questi indizi chimici, i ricercatori hanno mappato tre fasi distinte di come la cenere vulcanica influenzi la vita in un lago. A bassi livelli, la cenere è troppo debole per fare differenza. A livelli moderati, agisce come un catalizzatore ricco di nutrienti che alimenta un boom di vita. Ma ad alti livelli, diventa una forza distruttiva che uccide l'ecosistema. Questa comprensione sfumata aiuta a spiegare perché alcuni antichi letti lacustri siano ricchi di petrolio mentre altri non lo sono. Suggerisce che i tempi più produttivi per la formazione del petrolio non furono quando i vulcani erano dormienti, né quando stavano eruttando costantemente, ma durante i periodi di attività vulcanica costante e moderata, che fertilizzavano il lago senza sopraffarlo. Questa scoperta fornisce una guida più chiara per esplorare dove potrebbero trovarsi le prossime grandi riserve di petrolio in contesti ricchi di cenere vulcanica in tutto il mondo.
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