I ricercatori della Syracuse University stanno guardando al passato geologico per fare proiezioni future sui cambiamenti climatici.

Christopher K. Junium, assistente professore di Scienze della Terra presso il College of Arts and Sciences (A&S), è l'autore principale di uno studio che utilizza la composizione isotopica dell'azoto dei sedimenti per comprendere i cambiamenti nelle condizioni marine durante il Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), un breve periodo di rapido riscaldamento globale circa 56 milioni di anni fa.

Il team di Junium, che include Benjamin T. Uveges G'17, un dottorato di ricerca candidato in A&S, e Alexander J. Dickson, un docente di geochimica alla Royal Holloway dell'Università di Londra, ha pubblicato un articolo sull'argomento in Comunicazioni sulla natura .

La loro ricerca si concentra sull'antico Oceano Tetide (sito dell'attuale Mar Mediterraneo) e fornisce un punto di riferimento per i modelli climatici e oceanici presenti e futuri.

"Il record degli isotopi di azoto dimostra che le condizioni [anossiche] prive di ossigeno sono iniziate rapidamente all'inizio della PETM, cambiando il modo in cui nutrienti importanti, come l'azoto, sono stati riciclati, "dice Giunio, un geochimico sedimentario e organico. "L'entità di questo spostamento isotopico dell'azoto è simile a quelli osservati durante i rapidi intervalli di riscaldamento nell'era mesozoica [da 252 a 66 milioni di anni fa], quando vaste aree della Tetide e dell'Oceano Atlantico si sono esaurite in ossigeno, sotto la superficie.

tale esaurimento, noto come deossigenazione, innescato eventi anossici oceanici (OAE) nella Tetide orientale durante l'era mesozoica. Gli scienziati ritengono che gli OAE abbiano coinciso con rapidi cambiamenti nel clima della Terra antica e nella circolazione oceanica, cambiamenti segnati da un afflusso di anidride carbonica da periodi di intenso vulcanismo.

"Mentre la causa esatta del PETM è un'area di dibattito attivo, siamo certi che i potenti gas serra, tra cui anidride carbonica e metano, contribuito al riscaldamento generale, "dice Junio.

Il destino dell'Oceano Tetide e delle aree circostanti durante il PETM è stato oggetto di molte speculazioni da parte dei paleoclimatologi, in particolare Dickson, che ne ha scritto ampiamente. Lui e Junium sono convinti che una serie di fattori, tra cui l'acidificazione degli oceani, precipitazioni intense e agenti atmosferici a terra, e un afflusso di sostanze nutritive (ad es. azoto, fosforo e zolfo) dallo scarico del fiume, preparano il terreno per la deossigenazione. Simile a quanto sta accadendo oggi.

"I sistemi marini costieri potrebbero essere più vulnerabili alle condizioni simili all'OAE di quanto si pensasse in precedenza, " dice Junium. "Questo è particolarmente vero nei bacini chiusi, come il Mar Baltico, o vicino a grandi sistemi fluviali, compreso il Mississippi, che stanno vedendo grandi influenze dall'attività antropica. ... L'espansione delle acque anossiche, soprattutto nei mesi estivi, ha un impatto sulle comunità marine, così come quelli che dipendono dalle aree costiere per le fonti di cibo, pesca commerciale o ricreativa."

Basandosi sui dati dell'antico sistema del fiume Kheu nella Russia meridionale, Junium e i suoi colleghi hanno confermato che il ciclo dell'azoto della Tetide orientale ha subito una "grande riorganizzazione" durante il PETM. "Le perturbazioni del ciclo dell'azoto possono avere conseguenze diffuse, "dice Giunio, riferendosi al processo in cui l'azoto cambia da una forma all'altra, mentre circola nell'atmosfera, gli ecosistemi terrestri e marini. "L'azoto è fondamentale per la vita sulla Terra".

La ricerca del gruppo va oltre. Le variazioni nei dati sugli isotopi dell'azoto dal Kheu suggeriscono episodi in cui le condizioni anossiche si sono rilassate, provocando la miscelazione dell'ossigeno nella colonna d'acqua.

"La transizione tra le condizioni prive di ossigeno e quelle a basso contenuto di ossigeno nell'Oceano Tetide durante il PETM potrebbe aver creato condizioni che hanno favorito una maggiore produzione di protossido di azoto, un potente gas serra prodotto da microbi a concentrazioni di ossigeno molto basse, " Junium dice. "Lo studio delle condizioni che hanno favorito la produzione di protossido di azoto [durante il PETM] ci consente di calibrare i modelli attuali e futuri del sistema Terra. C'è di più nel riscaldamento oltre a un aumento delle concentrazioni di anidride carbonica".

Il protossido di azoto fornisce un interessante, anche se speculativa svolta alla ricerca del gruppo perché il gas non può essere misurato direttamente nella roccia antica. "Penso che possiamo trovare un caso per scoprire se le condizioni durante il PETM hanno favorito o meno un aumento della produzione, "dice Junio.

Dickson è d'accordo, aggiungendo che il semplice suggerimento che il protossido di azoto contribuisca al riscaldamento globale durante il PETM è "affascinante".

"Eventi come il PETM sono alcuni dei migliori analoghi geologici che abbiamo per un mondo più caldo. Eppure, per anni, una spiegazione soddisfacente di come i fattori climatici di questi antichi eventi hanno interagito per produrre il livello di riscaldamento osservato è sfuggita ai modelli climatici, "Dice Dickson. "Il suggerimento di un feedback del protossido di azoto sul riscaldamento climatico aggiunge un nuovo strato di intrighi a questa discussione e mette in evidenza il ruolo che un cambiamento del ciclo dell'azoto potrebbe avere sulla nostra futura Terra".

Junium pensa che la sua squadra sia sulla strada giusta. Poiché le concentrazioni di anidride carbonica si avvicinano pericolosamente a 400 parti per milione (livelli non riscontrati in tre milioni di anni), sono consapevoli che il riscaldamento continuerà ad aumentare. Le implicazioni ecologiche e sociali potrebbero essere enormi.

Navigando su tale terreno, Junium dice, richiede migliori previsioni basate su modelli per il riscaldamento globale.

"Infatti, ci sono lacune nella nostra comprensione tra i mondi modello e i mondi fossili. Il passato ci consente di testare e affinare modelli su cui si basano le proiezioni future. Ci aiuta anche a determinare quali processi mancano dai nostri attuali modelli del sistema Terra, " dice. "Queste cose insieme ci aiutano a capire e prepararci per ciò che è all'orizzonte.