I terremoti guidano il ciclo del carbonio nelle profondità marine

In un articolo appena pubblicato su pagina esternaComunicazioni di Nature In questa pubblicazione, il geologo Michael Strasser presenta i primi risultati di una spedizione di ricerca di un mese al largo del Giappone, organizzata dal MARUM - Center for Marine Environmental Sciences nel marzo 2012. Strasser, professore assistente di dinamica dei sedimenti all'Università di Zurigo fino al 2015 e attualmente professore di geologia dei sedimenti all'Università di Innsbruck, ha lavorato in loco con un team internazionale per studiare la distribuzione dinamica dei sedimenti e i processi di riassetto innescati dai terremoti.

I ricercatori hanno prelevato un nucleo di trapano a 7542 metri di profondità dal cosiddetto Fosso del Giappone, una fossa marina profonda 800 km nella parte nord-occidentale dell'Oceano Pacifico. La Fossa del Giappone è sismicamente attiva. Il terremoto di Tohoku-oki del 2011, che ha fatto notizia soprattutto per il disastro nucleare di Fukushima, si è verificato in questa zona. Durante questi terremoti, enormi quantità di organi vengono trasportate dalle acque basse verso le profondità marine. Gli strati di sedimenti risultanti forniscono quindi informazioni sulla storia dei terremoti e sul ciclo del carbonio nelle profondità marine.

Nuovi metodi per la determinazione dell'età nelle profondità marine

I ricercatori hanno raggiunto una svolta con lo studio attuale. Hanno analizzato i sedimenti carbonacei utilizzando il metodo del radiocarbonio. Sebbene la determinazione del contenuto di carbonio organico e la misurazione del carbonio radioattivo (¹⁴C) dei composti mineralizzati in singoli strati di sedimenti è stato a lungo utilizzato per determinare l'età dei sedimenti. Finora, tuttavia, non era possibile analizzare campioni provenienti da oltre 5000 metri di profondità, perché i composti mineralizzati si dissolvono con l'aumento della pressione dell'acqua.

Strasser e il suo team hanno quindi dovuto utilizzare nuovi metodi di analisi. Uno di questi è stato il cosiddetto metodo del radiocarbonio a gas online, sviluppato dal Laboratory for Ion Beam Physics in collaborazione con il dottorando Rui Bao e il Biogeoscience Group dell'ETH di Zurigo. Con questo metodo è possibile analizzare in modo molto efficiente più di cento campioni per una singola carota. ¹⁴Le determinazioni dell'età del C possono essere effettuate direttamente sulla materia organica contenuta nei sedimenti.

I ricercatori hanno anche utilizzato per la prima volta il metodo di misurazione "Ramped PyrOx" (pirolisi) per datare strati di sedimenti provenienti dalle profondità marine. Questo è stato fatto insieme all'Istituto oceanografico americano Woods Hole, che ha sviluppato il metodo. Il metodo prevede la combustione di materiale organico a diverse temperature. Poiché gli organi più vecchi hanno composti chimici più forti, sono necessarie temperature più elevate per bruciarli. La novità è che le deviazioni relative dell'età delle singole frazioni di temperatura tra due campioni restringono in modo molto preciso le differenze di età tra gli strati di sedimenti nelle profondità marine.

Datare i terremoti per previsioni più accurate

Queste due innovazioni metodologiche hanno permesso di determinare con estrema precisione l'età relativa della materia organica nei singoli strati di sedimento. Le carote analizzate mostrano organi più vecchi e un aumento dei tassi di immissione di carbonio nelle profondità marine in tre punti. Queste località corrispondono ai tre eventi sismici storicamente documentati, ma in alcuni casi ancora imprecisamente datati, nella Fossa del Giappone: il terremoto di Tohoku-oki del 2011, un terremoto senza nome del 1454 e il terremoto di Jogan dell'869.

Strasser sta attualmente lavorando a una registrazione geologica su larga scala dell'origine e della frequenza dei sedimenti nelle trincee profonde. A tal fine, sta analizzando diversi carotaggi prelevati dalla Fossa del Giappone durante una spedizione di follow-up nel 2016. "L'identificazione e la datazione dei depositi legati ai terremoti è importante anche per le previsioni future sulla probabilità di terremoti", dice Strasser. "Questo perché i nostri nuovi metodi ci permettono di determinare con molta più precisione il tasso di ricorrenza dei terremoti".