La ricerca geochimica e biologica offre agli accademici una finestra sulla storia della terra, consentendo loro di ricostruire gli eventi che si sono verificati prima dell'inizio delle registrazioni. Gran parte della nostra comprensione del cambiamento climatico passato si basa sulla geologia, in particolare lo studio delle rocce sedimentarie depositate negli oceani.

Il documento che per primo ha riconosciuto e definito gli eventi anossici oceanici (OAE), scritto dal professore di Oxford Hugh Jenkyns e da un collega americano, è considerato un contributo fondamentale alla storia geologica, che ha aperto la strada a numerosi studi sugli effetti della carenza di ossigeno negli oceani.

La scoperta di sedimenti ricchi di sostanza organica, spesso descritti come scisti neri, in numerosi siti di perforazione in acque profonde nei primi anni '70, ha portato a un più ampio riconoscimento dell'impatto oceanico del cambiamento climatico. A certi intervalli durante l'era giurassica, enormi periodi di attività vulcanica hanno innescato un aumento delle concentrazioni di anidride carbonica atmosferica. Questo ha poi causato un effetto serra a catena, innalzando la temperatura della superficie del mare e riducendo i livelli di ossigeno in gran parte dell'oceano.

Allo stesso, gli oceani hanno beneficiato dell'aumento dei livelli di nutrienti, e di conseguenza fiorirono alghe e batteri marini. Mentre morivano, questi organismi sono stati conservati nei sedimenti che si sono formati sul fondo del mare e nel tempo si sono trasformati in rocce madri per il petrolio. Sono questi fenomeni che illustrano le cause e gli effetti delle OAE.

Nuova ricerca, pubblicato in Geoscienze naturali , ha esaminato per la prima volta l'impatto di questo tipo di deposito di sedimenti nei laghi. Lo studio dimostra che gli ambienti lacustri hanno risposto in modo simile al cambiamento climatico, sviluppando le stesse condizioni anossiche degli oceani.

Guidato dallo studente post-laurea in Scienze della Terra Weimu Xu, il lavoro offre informazioni su come i fattori ambientali hanno influenzato la formazione dei laghi nel corso dei secoli. Weimu e il team hanno studiato i sedimenti di uno dei più grandi laghi della storia della Terra - il doppio dell'Inghilterra e tre volte più grande del Lago Superiore - il lago (in superficie) più grande del mondo oggi. Questo antico lago si formò rapidamente nel bacino del Sichuan, Cina, a seguito del cambiamento climatico toarciano (primo giurassico), circa 183 milioni di anni fa.

Weimu ha parlato con Science Blog dei risultati chiave dello studio e di cosa possono dirci sui cambiamenti climatici oggi.

Qual è la scoperta chiave che vorresti che le persone traessero da questo studio?

Gli effetti estremi dei cambiamenti climatici passati non si limitano esclusivamente agli oceani. Datando i sedimenti lacustri al periodo Giurassico (Toarciano), siamo stati in grado di dimostrare che i grandi laghi si sono formati e sono stati colpiti allo stesso modo degli oceani durante un OAE.

Man mano che il clima si riscaldava, i continenti hanno registrato un aumento delle precipitazioni, creazione di bacini lacustri, che sostanzialmente si comportavano come mini-oceani. Gli organismi lacustri divennero più abbondanti, l'assorbimento di enormi quantità di anidride carbonica dall'atmosfera, che alla fine si è depositato nei sedimenti. Col tempo, questi sedimenti divennero rocce fonte di petrolio.

Gli ambienti lacustri rappresentano le loro sfide uniche. Ne hai incontrati in particolare?

La sfida più grande per noi è stata stabilire l'età dei sedimenti trovati nel bacino del Sichaun, e dimostrando che erano di età simile a quelli che si formarono negli oceani durante il Toarcian OAE. La ricchezza di materia organica presente negli ambienti marini rende abbastanza facile datare un evento, basandolo sull'età geologica di un fossile. Ma i laghi non hanno tali fossili, il che rende molto più difficile determinare l'età dei sedimenti trovati.

Uno studio di questa natura comporta una mole enorme di lavoro. Come hai gestito un'impresa così vasta?

Per fortuna ho lavorato con una grande squadra. Questo lavoro è stato condotto da me, co-progettato da M. Ruhl, H.C. Jenkyns e S.P. Hesselbo e ha coinvolto un totale di 11 persone. Il progetto è un ottimo esempio di ricerca collaborativa.

Abbiamo utilizzato tre metodologie distinte, che sarebbe impossibile da padroneggiare per qualsiasi ricercatore. I colleghi dell'Università di Durham hanno applicato la datazione radioisotopica per stabilire l'età dei sedimenti e i colleghi del British Geological Survey hanno studiato il polline, spore e alghe conservate nei sedimenti. Finalmente, per darci ancora più dettagli per supportare l'età dei sedimenti, insieme ai colleghi dell'Università di Bristol e di Shell Global Solutions International B.V., abbiamo applicato un isotopo di carbonio stabile per analizzare i sedimenti, resti di piante e alghe. Queste varie tecniche hanno dimostrato in modo convincente che i sedimenti trovati, si era formato contemporaneamente all'OAE toarciano.

Abbiamo avuto la fortuna di poter collaborare con esperti in questi tre campi, e naturalmente il nostro partner industriale Shell.

Quanto tempo ha impiegato la ricerca per condurre?

Lo studio è durato dal primo viaggio di campionamento nel novembre 2013 al completamento di questo manoscritto nel settembre 2016. Abbiamo anche dovuto calcolare il tempo per ottenere il permesso di pubblicare i risultati, dalle compagnie petrolifere che forniscono i dati.

Ci sono impatti a lungo termine associati ai tuoi risultati?

Ci sono legami precisi tra l'evento climatico identificato nel Toarciano e l'attuale riscaldamento globale. Una migliore comprensione dei sistemi climatici del passato potrebbe aiutare a prevedere i cambiamenti ambientali ed ecologici in un futuro mondo serra. Mentre il lago che abbiamo studiato esisteva nel primo periodo giurassico, ci sono laghi oggi in Africa e nella Columbia Britannica per esempio, che sono stati colpiti dal riscaldamento globale. Stanno diventando sempre più anossici e di conseguenza alcuni stanno perdendo stock ittici. Le persone si fissano sul calore, ma l'anossia va di pari passo con il calore.

C'è una certa ironia nel fatto che le condizioni che hanno creato i giacimenti di petrolio e gas milioni di anni fa vengono ricreate molto più rapidamente bruciando questi combustibili fossili.

Come vorresti che questo lavoro venisse utilizzato in futuro?

Il nostro studio collega direttamente la formazione dei laghi e la deposizione di sedimenti all'OAE toarciano. Studiando altri sedimenti lacustri che si trovavano in quel periodo, i ricercatori potrebbero stabilire se si collegano anche a questo evento. Per una migliore comprensione dei principali cambiamenti climatici in altri intervalli della storia della Terra, le persone possono anche guardare e vedere se c'erano altri grandi bacini lacustri che si comportavano allo stesso modo.

Sarebbe anche utile per capire l'impatto, non solo di deposizione di carbonio, ma sepoltura di carbonio, durante i periodi di grande cambiamento climatico, e come ciò ha influito sulla formazione del carbone. Questo è qualcosa su cui sono molto ansioso di concentrarmi in seguito.