C'è un nuovo modo per misurare la temperatura media dell'oceano grazie ai ricercatori della Scripps Institution of Oceanography dell'Università della California a San Diego. In un articolo pubblicato sul 4 gennaio, 2018, numero della rivista Natura , il geoscienziato Jeff Severinghaus e i colleghi di Scripps Oceanography e istituzioni in Svizzera e Giappone hanno dettagliato il loro approccio innovativo.

Determinare i cambiamenti nella temperatura media dell'intero oceano mondiale si è rivelato un compito quasi impossibile a causa della distribuzione delle diverse masse d'acqua. Ogni strato d'acqua può avere temperature drasticamente diverse, quindi determinare la media sull'intera superficie e profondità dell'oceano rappresenta una sfida.

Severinghaus e colleghi sono stati in grado di aggirare questi ostacoli determinando indirettamente il valore. Invece di misurare la temperatura dell'acqua, determinarono il rapporto dei gas nobili nell'atmosfera, che sono in relazione diretta con la temperatura dell'oceano.

"Questo metodo è un modo radicalmente nuovo per misurare il cambiamento nel calore totale dell'oceano, " ha detto Severinghaus. " Approfitta del fatto che l'atmosfera è ben mescolata, quindi una singola misurazione in qualsiasi parte del mondo può darti la risposta."

Nello studio, gli scienziati hanno misurato i valori dei gas nobili argon, krypton, e xeno nelle bolle d'aria catturate all'interno del ghiaccio in Antartide. Mentre gli oceani si scaldano, krypton e xeno vengono rilasciati nell'atmosfera in quantità note. Il rapporto di questi gas nell'atmosfera consente quindi il calcolo della temperatura media globale dell'oceano.

Le misurazioni sono state prese da campioni di ghiaccio raccolti durante il progetto di carotaggio Divide Antartico occidentale (WAIS), di cui Severinghaus è leader. Nel corso di sei stagioni sul campo in Antartide, un trapano ha rimosso il ghiaccio in campioni cilindrici di 3,7 metri (poco meno di 9 piedi) di lunghezza. Il campione finale è stato prelevato a una profondità di 3, 405 metri (oltre 11, 000 piedi) nel 2011. Questo record si estende su quasi 100, 000 anni e l'età degli strati può essere determinata entro 50 anni. L'atmosfera terrestre si mescola su una scala da settimane a mesi, quindi una misurazione di queste bolle d'aria fornisce quella che è essenzialmente una media globale. Per questo studio, gli scienziati si sono concentrati sui campioni 8, 000 a 22, 000 anni, e dati raccolti con incrementi in media di 250 anni di risoluzione.

Nuove intuizioni sui cicli di glaciazione che si sono verificati sulla Terra molto prima che gli umani iniziassero a influenzare la temperatura dell'atmosfera e degli oceani sono ora possibili utilizzando la tecnica di misurazione delle quantità di gas nobile. Lo studio ha determinato che la temperatura media globale dell'oceano al culmine dell'era glaciale più recente era di 0,9 ºC (33,6 ºF). La temperatura media dell'oceano moderno è di 3,5 ºC (38,3 ºF). Le misurazioni incrementali tra questi punti di dati forniscono una comprensione del clima globale mai prima possibile.

"La ragione per cui questo studio è così eccitante è che i metodi precedenti per ricostruire il contenuto di calore dell'oceano hanno incertezze sull'età molto grandi, [che] appiana le caratteristiche più sottili del disco, " ha detto la co-autrice Sarah Shackleton, uno studente laureato nel laboratorio Severinghaus a Scripps. "Perché WAIS Divide è così datato, questa è la prima volta che siamo stati in grado di vedere queste sottili caratteristiche nel registro della deglaciazione. Questo ci aiuta a comprendere meglio i processi che controllano i cambiamenti nel contenuto di calore dell'oceano".

Questo articolo è il risultato di quindici anni di lavoro per Severinghaus, insieme a studenti laureati e studiosi post-dottorato nel suo laboratorio. Discussioni con un altro professore di Scripps, scienziato atmosferico Ralph Keeling, portato l'idea. Keeling studia i livelli di argon nell'atmosfera per ottenere un record simile del calore dell'oceano che risale a qualche decennio fa. Però, le bolle d'aria intrappolate nel ghiaccio non preservano accuratamente i livelli di argon. Severinghaus ha scoperto che lo xeno e il cripto sono ben conservati nelle carote di ghiaccio, che fornisce le informazioni sulla temperatura che possono quindi essere utilizzate dagli scienziati che studiano molti altri aspetti degli oceani e dell'atmosfera della terra per centinaia di migliaia di anni.

Andando avanti, i rapporti di questi stessi gas nobili possono essere determinati da campioni atmosferici prelevati in qualsiasi parte del mondo. Per esempio, una misurazione dall'Ellen Browning Scripps Memorial Pier a La Jolla rappresenta una media globale della temperatura dell'oceano. Severinghaus spera di mettere a punto la procedura.

"La nostra precisione è di circa 0,2 ºC (0,4 ºF) ora, e il riscaldamento degli ultimi 50 anni è solo di circa 0,1 ºC, " Egli ha detto, aggiungendo che le apparecchiature avanzate possono fornire misurazioni più precise, consentendo agli scienziati di utilizzare questa tecnica per monitorare l'attuale tendenza al riscaldamento negli oceani del mondo.

Fino a questo punto, le migliori stime sono arrivate dal programma Argo, una rete di più di 3, 800 galleggianti robotici distribuiti negli oceani del mondo che misurano la temperatura e altre proprietà e comunicano i dati via satellite.

Scripps gestisce l'Argo Project Office ed è una delle dozzine di istituzioni in tutto il mondo che partecipano sin dal suo inizio nel 2000. I carri, però, sono principalmente limitate alle aree prive di ghiaccio e scendono solo a una profondità di 2, 000 metri (6, 500 piedi), lasciando grandi aree chiave non studiate nel tentativo di ottenere una temperatura media globale dell'oceano.

Con questo studio, Severinghaus e colleghi hanno dimostrato che le misurazioni dei gas nobili nell'atmosfera forniscono il record storico a lungo ricercato dalla comunità scientifica, e può essere ulteriormente ottimizzato per ottenere informazioni anche sui moderni cambiamenti della temperatura degli oceani.