Il cambiamento climatico sta rapidamente riscaldando la Terra e alterando gli ecosistemi terrestri e marini che producono il nostro cibo. Negli oceani, la maggior parte del calore aggiunto dal riscaldamento climatico è ancora vicino alla superficie e impiegheranno secoli per scendere in acque più profonde. Ma mentre questo accade, cambierà i modelli di circolazione oceanica e renderà le catene alimentari oceaniche meno produttive.

In un recente studio, Ho lavorato con i colleghi di cinque università e laboratori per esaminare come il riscaldamento climatico fino all'anno 2300 potrebbe influenzare gli ecosistemi marini e la pesca globale. Volevamo sapere come il riscaldamento prolungato avrebbe modificato l'apporto di nutrienti chiave che supportano il minuscolo plancton, che a loro volta sono cibo per i pesci.

Abbiamo scoperto che il riscaldamento su questa scala altererebbe i fattori chiave che guidano gli ecosistemi marini, compresi i venti, temperature dell'acqua, copertura di ghiaccio marino e circolazione oceanica. Le conseguenti interruzioni trasferirebbero i nutrienti dalle acque superficiali nell'oceano profondo, lasciandone meno in superficie per supportare la crescita del plancton.

Poiché gli ecosistemi marini diventano sempre più affamati di nutrienti nel tempo, stimiamo che il pescato globale potrebbe essere ridotto del 20% entro il 2300, e di quasi il 60 per cento in tutto il Nord Atlantico. Si tratterebbe di un'enorme riduzione di una fonte di cibo fondamentale per milioni di persone.

La produzione alimentare oceanica e la pompa biologica

La produzione di cibo marino inizia quando il sole splende sulla superficie dell'oceano. unicellulare, organismi per lo più microscopici chiamati fitoplancton – le piante degli oceani – usano la luce solare per fotosintetizzare e crescere in un processo chiamato produzione primaria netta. Possono farlo solo nello strato superficiale dell'oceano illuminato dal sole, fino a circa 100 metri (330 piedi). Ma hanno anche bisogno di nutrienti per crescere, in particolare azoto e fosforo, che può essere scarso nelle acque superficiali.

Il fitoplancton viene consumato dallo zooplancton (piccoli animali), che a loro volta forniscono cibo per piccoli pesci, e così via lungo la catena alimentare fino ai predatori principali come delfini e squali. fitoplancton non consumato e altra materia organica, come zooplancton e pesci morti, decomporsi nelle acque superficiali, rilasciando nutrienti che supportano la crescita di nuovo fitoplancton.

Parte di questo materiale sprofonda nell'oceano più profondo, fornire cibo per gli ecosistemi di acque profonde. Carbonio, azoto, il fosforo e altri nutrienti in questa materia organica che affonda alla fine vengono decomposti e rilasciati in profondità.

Questo processo, che è conosciuta come la pompa biologica, rimuove continuamente i nutrienti dalle acque superficiali e li trasferisce nell'oceano più profondo. In condizioni normali, i venti e le correnti causano un mescolamento che alla fine riporta i nutrienti nelle acque superficiali illuminate dal sole. Se ciò non fosse avvenuto, il fitoplancton alla fine sarebbe completamente a corto di sostanze nutritive, che influenzerebbe l'intera catena alimentare oceanica.

Mare ghiacciato, venti e risalita di nutrienti

I nutrienti che affondano nell'oceano profondo alla fine ritornano in superficie principalmente nell'Oceano Antartico intorno all'Antartide. A nord dell'Antartide, i forti venti occidentali spingono le acque superficiali lontano dall'Antartide. Mentre questo accade, acque oceaniche profonde ricche di sostanze nutritive salgono in superficie in tutta l'Antartide, sostituendo le acque che vengono spinte via. La zona in cui si verifica questa risalita è chiamata Divergenza Antartica.

Oggi non c'è molta crescita di fitoplancton nell'Oceano Antartico. La pesante copertura di ghiaccio marino impedisce a molta luce solare di raggiungere gli oceani. Le concentrazioni di ferro (un altro nutriente chiave) nell'acqua sono basse, e le temperature dell'acqua fredda limitano i tassi di crescita del plancton. Di conseguenza, la maggior parte dell'azoto e del fosforo che risalgono in questa zona scorre verso nord nelle acque superficiali. Infine, quando questi nutrienti raggiungono acque più calde alle basse latitudini, supportano la crescita del plancton su gran parte del Pacifico, Oceano Indiano e Atlantico.

Intrappolare i nutrienti nelle profondità dell'oceano

Il nostro studio ha dimostrato che sostenuto, il riscaldamento globale plurisecolare potrebbe cortocircuitare questo processo, lasciando tutte le aree oceaniche a nord di questa zona antartica sempre più affamate di azoto e fosforo.

Abbiamo utilizzato una simulazione del modello climatico che presumeva che le nazioni continuassero a utilizzare combustibili fossili fino all'esaurimento delle riserve globali. Questo percorso climatico aumenterebbe la temperatura media dell'aria superficiale di 9,6 gradi Celsius (17,2 gradi Fahrenheit) entro il 2300, quasi 10 volte il riscaldamento oltre i livelli preindustriali registrati fino ad oggi. Gli scienziati sanno già che i poli si stanno riscaldando più velocemente del resto del pianeta, e in questo scenario quel modello continua. Alla fine gli oceani non si sarebbero più congelati vicino ai poli, anche d'inverno.

Acque oceaniche più calde senza ghiaccio marino, aiutata dai cambiamenti dei venti che sono anche guidati dal forte riscaldamento climatico, migliorerebbe notevolmente le condizioni di crescita intorno all'Antartide per il fitoplancton. Questo aumento della crescita intrappolerebbe i nutrienti che si trovano vicino all'Antartide, impedendo loro di fluire verso nord e sostenendo gli ecosistemi a bassa latitudine in tutto il mondo.

Nella nostra simulazione, questi nutrienti intrappolati alla fine si mescolano nelle profondità dell'oceano e vi si accumulano. Concentrazioni di azoto e fosforo nell'1 superiore, 000 metri (3, 300 piedi) dell'oceano diminuiscono costantemente. Nell'oceano profondo, sotto 2, 000 metri, aumentano costantemente.

Molto meno pesce

Man mano che gli ecosistemi marini diventano sempre più affamati di nutrienti, la crescita del fitoplancton e la produzione primaria netta nella maggior parte degli oceani del mondo diminuirebbero. Stimiamo che, poiché questi impatti increspano la catena alimentare, le catture globali di pesce potrebbero essere ridotte del 20% entro il 2300, con diminuzioni di oltre il 50 per cento in tutto il Nord Atlantico e in diverse altre regioni. Inoltre, alla fine della nostra simulazione il trasferimento netto di nutrienti nell'oceano profondo era ancora in corso, il che suggerisce che la produttività dell'ecosistema e le potenziali catture diminuiranno ulteriormente oltre il 2300.

Infine, dopo più di mille anni, la maggior parte dell'anidride carbonica che le attività umane hanno aggiunto all'atmosfera sarà assorbita dagli oceani, e il clima della Terra si raffredderà di nuovo. Il ghiaccio marino tornerà negli oceani polari, sopprimendo la crescita del fitoplancton intorno all'Antartide e consentendo a più nutrienti di fluire verso nord ancora una volta a latitudini più basse. Ma anche allora, ci vorranno altri secoli perché la circolazione oceanica reintegra completamente i nutrienti nell'oceano superiore.

Le risorse oceaniche sono già stressate oggi. Circa il 90% della pesca marina mondiale è completamente sfruttata o sovrasfruttata. Si prevede che la popolazione mondiale aumenterà da 7,3 miliardi nel 2015 a 11 miliardi nel 2100. Gli impatti che abbiamo riscontrato nel nostro studio avrebbero gravi implicazioni per la sicurezza alimentare globale. Espansione dell'acquacoltura, o passi ancora più drastici come la fertilizzazione diretta degli oceani per stimolare la crescita del plancton, non si avvicinerebbe nemmeno a compensare la perdita di nutrienti nelle profondità oceaniche causata dal riscaldamento globale sostenuto.

La nostra simulazione si basava su uno scenario di forte riscaldamento climatico. Sono necessarie ulteriori ricerche per esplorare quanto deve essere caldo il clima per sciogliere il ghiaccio marino e avviare l'intrappolamento dei nutrienti nell'Oceano Antartico. Ma chiaramente questo è un punto di svolta che non vogliamo superare.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.