Decifrare il codice del clima: gli scienziati scoprono indizi da 380 milioni di anni fa

Roccia dolomitica porosa con cavità che sarebbero ideali per l'utilizzo geotermico. Credito: RUB, Marquard

I fluidi che circolano sottoterra alterano gradualmente le rocce nel tempo. Questi processi devono essere presi in considerazione quando si utilizzano le rocce come archivi climatici. Il dottor Mathias Müller del gruppo di ricerca in Sedimentologia e Geologia degli Isotopi presso l'Università Ruhr di Bochum, in Germania, insieme a colleghi internazionali, ha dettagliato quali informazioni climatiche rimangono conservate nei calcari di 380 milioni di anni fa provenienti da Hagen-Hohenlimburg.

Inoltre, le sue analisi gli permettono di trarre conclusioni su quanto sia adatto il terreno oggi per l'uso geotermico profondo. I risultati della sua ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Geochimica et Cosmochimica Acta il 1 luglio 2024.

Vista di un lato della cava di Steltenberg: Le rocce di diversi colori sono prodotti di processi diagenetici sotterranei, che hanno alterato il calcare originale. Credito: RUB, Marquard

Per comprendere meglio il clima attuale, può essere utile guardare al passato. I ricercatori utilizzano dei cosiddetti proxy a questo scopo: indicatori indiretti del clima negli archivi naturali come carote di ghiaccio, anelli degli alberi o stalattiti. "Se vogliamo conoscere qualcosa sul clima di diversi milioni o addirittura miliardi di anni fa, esaminiamo le rocce sedimentarie che potrebbero persino avere conservato la temperatura dell'acqua di mare da centinaia di milioni di anni fa”, spiega Mathias Müller.

Fossili di coralli e brachiopodi nel calcare grigio di Massenkalk che sono stati parzialmente trasformati diageneticamente in una roccia dolomitica di colore marrone chiaro lungo una fessura verticale. Credito: Mathias Müller

Una cosa che può rendere considerevolmente più difficile questo tipo di ricerca climatica di lungo periodo è il successivo cambiamento delle firme climatiche conservate in queste rocce. Questo processo è chiamato diagenesi. Inizia poco dopo la deposizione del sedimento in acqua di mare e può continuare fino ad oggi. "Le rocce molto vecchie di solito sono sepolte a profondità di diversi chilometri,” afferma Mathias Müller. "I cambiamenti nelle informazioni climatiche sono quindi causati da fluidi caldi che circolano in profondità." Dove possono penetrare nella roccia, spesso portano a ricristallizzazione o alla crescita di nuovi minerali nella roccia. Inoltre, quando le rocce sono sollevate dalle profondità fino alla superficie terrestre, sono influenzate dal clima. Questa cosiddetta diagenesi meteorica può anche influenzare le informazioni climatiche antiche o renderle completamente inutili.

Insieme a un team di ricerca internazionale, Mathias Müller ha ricostruito in dettaglio quali informazioni climatiche provenienti dal mare poco profondo durante il periodo Devoniano sono ancora conservate nella roccia nell'area di Hagen-Hohenlimburg e con quali processi e in quali condizioni è stata cambiata da allora. I ricercatori hanno analizzato numerosi campioni di roccia raccolti sistematicamente dalla cava di Steltenberg utilizzando metodi petrografici e geochimici.

"Siamo stati sorpresi che i cambiamenti nella roccia ci abbiano permesso di identificare un gran numero di eventi geologici significativi, come l'apertura del Nord Atlantico nel Giurassico e l'inizio del piegamento e del successivo sollevamento delle Alpi a centinaia di chilometri di distanza dal tardo Cretaceo", elenca Mathias Müller. Egli considera la datazione radiometrica uranio-piombo la chiave per la classificazione cronologica degli eventi detti sovrapposti conservati nella roccia. "Siamo particolarmente felici di aver scoperto durante la nostra ricerca che le informazioni climatiche del periodo Devoniano si possono ancora trovare anche in rocce pesantemente sovrascritte," sottolinea il ricercatore.

Mathias Müller analizza i cambiamenti che le rocce hanno subito nel corso di milioni di anni. Credito: RUB, Marquard

I risultati dello studio sono di interesse anche per lo sfruttamento delle rocce per l'energia geotermica profonda, che potrebbe essere un fattore contributivo alla transizione energetica. Prevedere le condizioni che verranno incontrate in determinate aree del sottosuolo è stata una sfida importante per i ricercatori fino ad oggi. "Particolarmente nelle rocce carbonatiche, la sovrascrittura diagenetica può portare sia a fenomeni di precipitazione che di dissoluzione nella roccia, che possono avere un effetto drammatico sulla potenziale fattibilità dell'energia geotermica", dice Mathias Müller.

I risultati dello studio attuale permettono conclusioni ottimistiche provvisorie che alcuni dei processi caratterizzati nel sottosuolo più profondo potrebbero aver aumentato l'usabilità dell'energia geotermica. Insieme ai ricercatori dell'Istituto di Ricerca Fraunhofer per le Infrastrutture Energetiche e l'Energia Geotermica IEG e al Servizio Geologico della Renania Settentrionale-Vestfalia, Mathias Müller mira attualmente a scoprire quali implicazioni abbiano i ritrovamenti dalla superficie terrestre per l'applicabilità dell'energia geotermica in profondità.