L'aggiunta di sostanze nutritive all'oceano provoca un aumento della produzione di materia organica come il fitoplancton. Quando questi muoiono, affondano sul fondo come "neve marina" e si decompongono, consumo di ossigeno nel processo. Si pensa che questo sia il principale responsabile della perdita di ossigeno su larga scala negli antichi oceani, portando a estinzioni di massa nell'ambiente marino. L'oceano moderno mostra sintomi simili. Credito:Natalie Renier, Istituto oceanografico di Woods Hole
Una perdita di ossigeno nell'acqua marina dell'oceano globale 94 milioni di anni fa ha portato a un'estinzione di massa della vita marina che è durata per circa mezzo milione di anni.
Gli scienziati hanno trovato diverse potenziali spiegazioni su come sia avvenuta la perdita di ossigeno. Questi potrebbero includere una maggiore attività vulcanica, aumento dei nutrienti che raggiungono l'oceano, innalzamento del livello del mare, e il riscaldamento delle temperature del mare e della superficie. Ma per puntare il dito su una qualsiasi causa (o su più di esse) è necessario conoscere la velocità con cui è avvenuta la perdita di ossigeno.
Una nuova tecnica, sviluppato dallo studente laureato dell'Arizona State University Chad Ostrander con i colleghi della Wood Hole Oceanographic Institution (WHOI) e della Florida State University (FSU), ha fissato un calendario sulla perdita di ossigeno associata a questo importante evento di estinzione degli oceani, che è noto alla scienza come Evento Anossico Oceanico 2.
La loro ricerca è stata pubblicata il 9 agosto 2017, nel diario Progressi scientifici .
"Il progetto è iniziato quando ero uno studente universitario della Summer School Fellow a Woods Hole, "dice Ostrander, uno studente di dottorato presso la School of Earth and Space Exploration dell'ASU. I suoi coautori sulla carta sono Jeremy Owens a Florida State e Sune Nielsen a Woods Hole.
"Siamo stati in grado di monitorare le modifiche al contenuto di ossigeno dell'antica acqua di mare misurando gli isotopi del tallio in antichi sedimenti del fondo marino, " Spiega Ostrander. "Dal momento che l'ossigeno nelle rocce che misuriamo non fornirebbe alcuna informazione preziosa, usiamo tallio e altri elementi come sostituti, o deleghe".
I sedimenti preservano la composizione isotopica del tallio dell'acqua di mare, che cambia a seconda della quantità di ossigeno nell'oceano profondo al momento in cui sono stati depositati. I sedimenti si accumulano nel tempo, con livelli più profondi corrispondenti a tempi più lontani nel passato.
I coautori Sune Nielsen (a sinistra) della Woods Hole Oceanographic Institution e Chad Ostrander dell'Arizona State University che lavorano nel laboratorio. Credito:Matt Barton, CHI? IO
I sedimenti che il team ha studiato erano scisti neri ricchi di organico raccolti come campioni di carotaggio da perforazioni oceaniche profonde nel 2003. Il sito era il Demerara Rise, un altopiano sottomarino nell'Oceano Atlantico al largo delle coste del Suriname e della Guyana francese.
"Abbiamo sciolto le rocce nel nostro laboratorio, " spiega Ostrander, "e poi ha separato chimicamente tutto tranne il tallio, l'elemento di cui avevamo bisogno per l'analisi."
Quindi utilizzando la spettrometria di massa, il team ha misurato le variazioni del tallio all'interno delle rocce sedimentarie come indicatore dei cambiamenti nei livelli di ossigeno nell'arco di decine di migliaia di anni.
Sulla base dell'analisi, i ricercatori sospettano che fino alla metà dell'oceano profondo si sia impoverito di ossigeno durante l'evento anossico oceanico 2, e rimase tale per circa mezzo milione di anni prima che si riprendesse.
"La perdita di ossigeno ha richiesto 43, 000 anni a verificarsi, più o meno circa 11, 000, " dice Ostrander. "Chiamalo 50, 000 anni o meno."
La causa principale dell'evento anossico oceanico 2 potrebbe essere stata l'aumento dell'apporto di nutrienti agli oceani, dicono i ricercatori. Un aumento dei nutrienti alimenta la produzione di materia organica, e successiva remineralizzazione da parte dei batteri che se ne nutrono.
"È questa remineralizzazione che è specificamente responsabile della perdita di ossigeno, perché questi batteri consumano ossigeno per ossidare l'organico, o in carbonio, questione, " Dice Ostrander. "Vediamo uno scenario simile nell'oceano moderno, ancora una volta a causa dell'aumento dell'apporto di nutrienti, ma in gran parte guidato dai fertilizzanti utilizzati nell'agricoltura."
L'evento anossico oceanico 2 è facilmente osservabile nella sezione del Furlo come uno scisto nero ricco di sostanze organiche tra carbonati bianchi. Credito:Jeremy Owens
Infatti, lui dice, "La più grande 'zona morta' osservata nel Golfo del Messico si sta verificando proprio ora proprio per questo motivo".
I ricercatori tracciano un netto parallelo tra il tasso di deossigenazione di allora e le tendenze moderne nella perdita di ossigeno negli oceani.
Dice il coautore Nielsen, "I nostri risultati mostrano che i tassi di deossigenazione marina prima dell'antico evento si sono probabilmente verificati nell'arco di decine di migliaia di anni, e sono sorprendentemente simili alla tendenza all'esaurimento del due percento di ossigeno che stiamo vedendo indotta dall'attività umana negli ultimi 50 anni".
Aggiunge, "Non sappiamo se l'oceano è diretto verso un altro evento anossico globale, ma la tendenza è Certo, preoccupante."
Ostrander dice, "A questo punto, stiamo appena iniziando a capire come i livelli di ossigeno nell'oceano siano cambiati in passato. Ma con il nostro nuovo strumento, abbiamo già appreso che uno degli eventi climatici più estremi nella documentazione sedimentaria fornisce un analogo ragionevole e scomodo per la possibile futura perdita di ossigeno nell'oceano e i successivi cambiamenti ecologici".
Aggiunge, "Speriamo di utilizzare queste informazioni per avere una visione migliore del breve, futuro a medio e lungo termine per il contenuto di ossigeno negli oceani di oggi".
