Diatomee come questa, piante microscopiche con gusci di silice, tracce di azoto intrappolate nei loro gusci mentre crescevano. I ricercatori del Sigman Lab dell'Università di Princeton sono stati in grado di estrarre quella minuscola quantità di azoto da innumerevoli diatomee fossili e creare un modello per l'attività dell'Oceano Antartico durante l'Olocene, un periodo iniziato verso le 11, 000 anni fa. Questa diatomea centrica, fotografato al microscopio, misura circa 70 micron di diametro e viveva nell'Oceano Indiano Meridionale durante l'Olocene. Credito:Anja Studer, Istituto Max Planck per la chimica
Gli oceani sono il deposito più importante del pianeta per l'anidride carbonica atmosferica su scale temporali che vanno da decenni a millenni. Ma il processo di chiusura dei gas serra è indebolito dall'attività dell'Oceano Antartico, quindi un aumento della sua attività potrebbe spiegare il misterioso calore del passato 11, 000 anni, riporta un team internazionale di ricercatori.
Il calore di quel periodo è stato stabilizzato da un graduale aumento dei livelli globali di anidride carbonica, quindi capire il motivo di quell'aumento è di grande interesse, ha detto Daniel Sigman, il Dusenbury Professor di Scienze Geologiche e Geofisiche a Princeton.
Gli scienziati hanno proposto varie ipotesi per quell'aumento di anidride carbonica, ma la sua causa ultima è rimasta sconosciuta. Ora, una collaborazione internazionale guidata da scienziati di Princeton e il Max Planck Institute for Chemistry indica un aumento della risalita dell'Oceano Antartico. La loro ricerca appare nell'attuale numero della rivista Geoscienze naturali .
"Pensiamo di aver trovato la risposta, " ha detto Sigman. "L'aumento della circolazione nell'Oceano Antartico ha permesso all'anidride carbonica di fuoriuscire nell'atmosfera, lavorando per riscaldare il pianeta".
Le loro scoperte sui cambiamenti oceanici potrebbero anche avere implicazioni per prevedere come il riscaldamento globale influenzerà la circolazione oceanica e la quantità di anidride carbonica atmosferica aumenterà a causa della combustione di combustibili fossili.
Per anni, i ricercatori hanno saputo che la crescita e l'affondamento del fitoplancton pompano l'anidride carbonica in profondità nell'oceano, un processo spesso denominato "pompa biologica". La pompa biologica è guidata principalmente dall'oceano a bassa latitudine, ma è disfatta più vicino ai poli, dove l'anidride carbonica viene scaricata nell'atmosfera dalla rapida esposizione delle acque profonde alla superficie, ha detto Sigman. Il peggior trasgressore è l'Oceano Meridionale, che circonda l'Antartide. "Spesso ci riferiamo all'Oceano Antartico come a una perdita nella pompa biologica, " ha detto Sigman.
Sigman e i suoi colleghi hanno scoperto che un aumento della risalita dell'Oceano Antartico potrebbe essere responsabile della stabilizzazione del clima dell'Olocene, il periodo che raggiunge più di 10, 000 anni prima della rivoluzione industriale.
I ricercatori del Sigman Lab dell'Università di Princeton hanno estratto tracce di azoto dai fossili per creare un modello per l'attività dell'Oceano Antartico durante l'Olocene, un periodo caldo iniziato verso le 11, 000 anni fa, durante il quale fiorirono l'agricoltura e la civiltà umana. I fossili che hanno studiato includevano (da sinistra):foraminifero planctonico Globigerina bulloides, una diatomea centrica, e il corallo di acque profonde Desmophyllum dianthus. Credito:Da sinistra:Ralf Schiebel, Istituto Max Planck per la chimica; Anja Studer, Istituto Max Planck per la chimica; Dan Blackwood, Servizio Geologico degli Stati Uniti
La maggior parte degli scienziati concorda sul fatto che il calore dell'Olocene sia stato fondamentale per lo sviluppo della civiltà umana. L'Olocene fu un "periodo interglaciale, " uno dei rari intervalli di clima caldo che si sono verificati durante i cicli dell'era glaciale dell'ultimo milione di anni. Il ritiro dei ghiacciai ha aperto un paesaggio più ampio per l'uomo, e le maggiori concentrazioni di anidride carbonica nell'atmosfera hanno reso l'agricoltura più produttiva, che ha permesso alle persone di ridurre le loro attività di cacciatori-raccoglitori e costruire insediamenti permanenti.
L'Olocene differiva da altri periodi interglaciali in diversi modi chiave, dicono i ricercatori. Per uno, il suo clima era insolitamente stabile, senza il grande trend di raffreddamento tipico degli altri interglaciali. In secondo luogo, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere rose about 20 parts per million (ppm), from 260 ppm in the early Holocene to 280 ppm in the late Holocene, whereas carbon dioxide was typically stable or declined over other interglacial periods.
Per confronto, since the beginning of industrialization until now, the carbon dioxide concentration in the atmosphere has increased from 280 to more than 400 ppm as a consequence of burning fossil fuels.
"In tale contesto, the 20 ppm increase observed during the Holocene may seem small, " said Sigman. "However, scientists think that this small but significant rise played a key role in preventing progressive cooling over the Holocene, which may have facilitated the development of complex human civilizations."
In order to study the potential causes of the Holocene carbon dioxide rise, the researchers investigated three types of fossils from several different areas of the Southern Ocean:diatoms and foraminifers, both shelled microorganisms found in the oceans, and deep-sea corals.
From the nitrogen isotope ratios of the trace organic matter trapped in the mineral walls of these fossils, the scientists were able to reconstruct the evolution of nutrient concentrations in Southern Ocean surface waters over the past 10, 000 anni.
"The method we used to analyze the fossils is unique and provides a new way to study past changes in ocean conditions, " says Anja Studer, primo autore dello studio, who performed the research while a graduate student working with Sigman's lab.
The fossil-bound nitrogen isotope measurements indicate that during the Holocene, increasing amounts of water, rich in nutrients and carbon dioxide, welled up from the deep ocean to the surface of the Southern Ocean. While the cause for the increased upwelling is not yet clear, the most likely process appears to be a change in the "Roaring 40s, " a belt of eastward-blowing winds that encircle Antarctica.
Because of the enhanced Southern Ocean upwelling, the biological pump weakened over the Holocene, allowing more carbon dioxide to leak from the deep ocean into the atmosphere and thus possibly explaining the 20 ppm rise in atmospheric carbon dioxide.
"This process is allowing some of that deeply stored carbon dioxide to invade back to the atmosphere, " said Sigman. "We're essentially punching holes in the membrane of the biological pump."
The increase in atmospheric carbon dioxide levels over the Holocene worked to counter the tendency for gradual cooling that dominated most previous interglacials. Così, the new results suggest that the ocean may have been responsible for the "special stability" of the Holocene climate.
The same processes are at work today:The absorption of carbon by the ocean is slowing the rise in atmospheric carbon dioxide produced by fossil fuel burning, and the upwelling of the Southern Ocean is still allowing some of that carbon dioxide to vent back into the atmosphere.
"If the findings from the Holocene can be used to predict how Southern Ocean upwelling will change in the future, it will improve our ability to forecast changes in atmospheric carbon dioxide and thus in global climate, " said Sigman.
