Un calo dei livelli di anidride carbonica atmosferica (CO2) ha portato a un cambiamento fondamentale nel comportamento del sistema climatico terrestre circa un milione di anni fa, secondo una nuova ricerca condotta dall'Università di Southampton.

Un team di scienziati internazionali ha utilizzato nuove misurazioni geochimiche, accoppiato con un modello del "sistema Terra", dimostrare che la crescita e la natura mutevole delle calotte glaciali continentali, circa un milione di anni fa, ha coinciso con una cascata di eventi che alla fine hanno abbassato la CO2 atmosferica durante gli intervalli glaciali, periodi in cui la Terra ha sperimentato un freddo estremo.

I ricercatori hanno dimostrato che questo cambiamento è stato fondamentale per innescare quella che è nota come transizione del medio pleistocene (MPT), che durò circa 400, 000 anni. L'MPT ha avuto effetti di lunga durata sulla frequenza con cui la Terra è passata tra periodi di clima caldo e freddo, (i "cicli dell'era glaciale").

I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Per gran parte degli ultimi tre milioni di anni il clima della Terra ha avuto un ciclo naturale ogni 40, 000 anni da gelidi intervalli glaciali, dove il ghiaccio continentale copriva gran parte del Nord America e dell'Europa, ai climi interglaciali caldi come il periodo preindustriale, quando l'Europa e il Nord America erano in gran parte liberi dal ghiaccio.

Questi cicli dell'era glaciale, noti anche come cicli di Milankovitch dal nome del matematico serbo che li scoprì, sono scanditi da cambiamenti regolari nel modo in cui la Terra orbita attorno al sole e ruota sul suo asse, causato dall'attrazione gravitazionale degli altri pianeti del nostro sistema solare. Circa un milione di anni fa, durante l'MPT, il periodo dei cicli cambiò bruscamente a ogni 100, 000 anni. Però, questa transizione non è accompagnata da un cambiamento nella natura dei cicli orbitali e rappresenta quindi una sfida significativa alla teoria di Milankovitch per spiegare i cicli dell'era glaciale.

Dottor Tom Chalk, un borsista post-dottorato presso l'Università di Southampton, che ha guidato congiuntamente lo studio spiega:"Sappiamo dalle bolle dell'antica atmosfera intrappolate nelle carote di ghiaccio antartico che i cambiamenti nella CO2 atmosferica hanno accompagnato i cicli dell'era glaciale più recenti. La CO2 era bassa quando faceva freddo durante i glaciali ed era più alta durante il caldi interglaciali - in questo modo ha agito come un amplificatore chiave della forzatura climatica relativamente minore dai cicli orbitali. i record di carote di ghiaccio risalgono solo a circa 800, 000 anni fa e quindi non superare questo intervallo di transizione chiave. Per comprendere meglio la causa del MPT, avevamo bisogno di un modo per ricostruire la CO2 più indietro nel tempo".

Per fare questo, il team ha utilizzato una tecnica basata sulla composizione isotopica del boro dei gusci di antichi fossili marini chiamati "foraminiferi". Si tratta di minuscoli plancton marini che vivono vicino alla superficie del mare e la composizione chimica dei loro microscopici gusci registra le condizioni ambientali del tempo in cui vivevano, milioni di anni fa.

Professor Gavin Foster, dell'Università di Southampton, continua:"Da queste misurazioni degli isotopi del boro siamo stati in grado di recuperare un'istantanea della variabilità della CO2 atmosferica circa 1,1 milioni di anni fa. Siamo stati in grado di mostrare, per la prima volta che, proprio come nel record del nucleo di ghiaccio, CO2 e clima variavano di pari passo. Vi erano tuttavia due differenze principali:in primo luogo, durante i glaciali prima del MPT, La CO2 non è scesa così in basso come nel record del nucleo di ghiaccio dopo l'MPT, rimanendo di circa 20-40 parti per milione (ppm) superiore. In secondo luogo, il sistema climatico è stato anche più sensibile al cambiamento di CO2 dopo il MPT rispetto a prima."

Il sistema climatico della Terra è molto complesso e le varie interconnessioni tra i suoi numerosi processi e feedback sono meglio comprese all'interno di un quadro di modellazione computazionale. Dottor Mathis Hain, un NERC Independent Research Fellow presso l'Università di Southampton, ha aggiunto:"Per determinare il motivo per cui la CO2 dell'età glaciale è diminuita di 20-40 ppm attraverso il MPT abbiamo utilizzato un modello biogeochimico. Il nostro miglior modello che si adatta ai dati disponibili suggerisce che il ridotto assorbimento di CO2 durante i periodi glaciali prima del MPT era a causa di un flusso ridotto di polvere verso l'Oceano del Sud in questo momento. Un flusso di polvere più elevato durante gli intervalli glaciali più recenti ha portato il ferro tanto necessario in quella regione, stimolare la produttività primaria e la crescita del fitoplancton, bloccando più CO2 nelle profondità dell'oceano. Non sappiamo ancora esattamente perché il clima è diventato più polveroso dopo il MPT, ma è probabile che le calotte glaciali si ingrandiscano e cambino la circolazione atmosferica".

Negli ultimi 20 anni circa ci sono state molte idee diverse per spiegare questa importante transizione climatica, alcuni hanno invocato cambiamenti nella natura delle stesse calotte glaciali, altri sulla variazione della CO2 atmosferica. Ciò che mostrano i nuovi dati e modelli del team è che ciò che è accaduto in realtà è stato un mix di entrambi i tipi di idee:il clima e le calotte glaciali sono diventati più sensibili, questo ha portato a lastre di ghiaccio più grandi, e questo a sua volta ha portato a un maggiore prelievo di CO2. Come per molti aspetti del sistema Terra, questi cambiamenti hanno agito in un circolo vizioso, nutrendosi l'uno dell'altro, in ultima analisi, sostenere periodi glaciali più lunghi dopo il MPT.

C'è ancora molto da scoprire su come il sistema Terra risponde alla forzatura del clima. Questo studio, però, illustra lo squisito accoppiamento che esiste nel Sistema Terra tra cambiamento climatico, massa di calotta glaciale, e i meccanismi dell'oceano polare che regolano il cambiamento naturale di CO2.