L'oceano globale copre il 70 percento del nostro pianeta, rende la Terra abitabile, e contribuisce alle economie, forniture alimentari, e la nostra salute. Eppure l'oceano è sempre più minacciato dalla crescente quantità di anidride carbonica nell'atmosfera.

Due scienziati del Lamont-Doherty Earth Observatory affiliati al Center for Climate and Life stanno conducendo progetti di ricerca che esaminano alcuni dei modi in cui il cambiamento climatico influisce sulla salute dell'oceano. Entrambi i ricercatori usano i resti fossili di creature marine come registratori naturali dei cambiamenti climatici e dell'ecosistema marino del passato. Le informazioni che ottengono da questi forniscono indizi su come il futuro oceano e i suoi abitanti potrebbero essere modellati dal cambiamento climatico.

I loro studi sono finanziati in parte dalla partnership del Centro con la World Surf League PURE, che consente agli scienziati di Lamont-Doherty di perseguire una ricerca critica che migliora la comprensione degli impatti climatici sull'oceano.

Acidificazione degli oceani:l'altro problema dell'anidride carbonica

Bärbel Hönisch, un geochimico marino, studia come la chimica dell'acqua di mare è cambiata nel tempo. Oggi, l'oceano sta diventando più acido a causa della crescente concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera terrestre, di cui circa il 30% viene assorbito dall'oceano. Mentre questo processo aiuta a ridurre al minimo il riscaldamento globale, la dissoluzione dell'anidride carbonica nell'oceano porta alla formazione di acido carbonico. Come il nome suggerisce, l'aggiunta di acido carbonico rende l'acqua di mare più acida e questa "acidificazione dell'oceano" rende più difficile la calcificazione di organismi come i coralli, molluschi, e del plancton per costruire i loro gusci e scheletri.

L'attuale pH dell'oceano è di circa 8,1, che rappresenta un aumento del 25% dell'acidità negli ultimi 200 anni. Poiché la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera continua ad aumentare, gli scienziati prevedono che l'acidità dell'acqua di mare aumenterà di un altro 25% entro la fine del 21° secolo. Questo livello di acidificazione è simile a quello del Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), avvenuta circa 56 milioni di anni fa. Durante il PETM, un improvviso aumento dell'anidride carbonica atmosferica ha coinciso con il rapido riscaldamento e l'acidificazione dell'acqua di mare, condizioni che sono durate per 70, 000 anni o più.

Hönisch sta analizzando i gusci di minuscoli organismi planctonici chiamati foraminiferi che sono stati conservati nei sedimenti di acque profonde durante questo e altri periodi di tempo, che vengono recuperati dal fondo marino mediante perforazioni oceaniche profonde. Il suo obiettivo è quantificare i cambiamenti nell'oceano avvenuti a causa dei passati cambiamenti climatici, e per determinare se e come gli organismi marini si sono adattati a queste condizioni mutevoli:alcuni organismi si sono evoluti e hanno prosperato? Alcuni si sono estinti?

Hönisch sta usando la sua borsa di studio del Centro per il clima e la vita per rispondere a queste domande. Come parte del suo progetto, lei e il suo team di ricerca stanno creando una linea temporale che dettaglia i livelli passati di acidità dell'oceano e la sensibilità dei foraminiferi ai cambiamenti ambientali. Ciò li aiuterà a determinare in che modo le temperature e l'acidità oceaniche del passato hanno influenzato la capacità degli organismi marini calciferi di costruire e mantenere i loro gusci. I loro risultati possono anche migliorare le previsioni sulle conseguenze dei futuri cambiamenti dell'ecosistema.

"La nostra ricerca ha dimostrato che il riscaldamento di due gradi Celsius alla fine dell'ultima era glaciale ha avuto un effetto più forte sull'abbondanza delle specie di foraminiferi e sulla migrazione latitudinale rispetto all'acidificazione di 0,15 unità della superficie dell'oceano, " ha detto Hönisch. "Quindi in un certo senso, si potrebbe dire che il riscaldamento è un fattore di stress ambientale maggiore dell'acidificazione, almeno per i foraminiferi planctici con questo specifico grado di riscaldamento e acidificazione. Però, anche il riscaldamento e l'acidificazione andranno di pari passo in futuro e i loro rispettivi effetti si sommeranno".

Hönisch ha anche spiegato che gli effetti dell'aumento delle temperature e dell'acidificazione dell'acqua di mare non saranno gli stessi in tutto l'oceano globale. "Ci sarà molta variabilità nelle condizioni dell'oceano, " ha detto. "Ci possono essere rifugi dove alcuni organismi possono sopravvivere."

Sebbene le osservazioni dei passati cambiamenti oceanici possano sembrare cupe, Hönisch ha osservato che molti organismi marini sono estremamente resistenti ai cambiamenti ambientali. Anche l'impatto devastante dell'asteroide Chicxulub 66 milioni di anni fa non ha spazzato via completamente la vita nel mare, quindi c'è speranza per la sopravvivenza degli organismi marini nonostante i nostri oceani in rapida acidificazione.

La ricerca di Hönisch dimostra come le informazioni sui fenomeni passati possano essere utili oggi, e in futuro, se studiamo e ascoltiamo i loro messaggi, quale, in questo caso, sono stati lasciati per noi nei sedimenti sul fondo del mare.

Coralli:una finestra sul clima del passato

Brad Linsley, uno scienziato del paleoclima al Lamont-Doherty Earth Observatory, ricostruisce il clima passato usando coralli e sedimenti per imparare come cambiano le temperature globali, salinità dell'oceano, e l'idrologia atmosferica variava in passato. Lo fa analizzando i microfossili conservati nei sedimenti di acque profonde e nei nuclei prelevati da enormi coralli.

Gli enormi coralli della barriera corallina campioni di Linsely crescono uno scheletro a una velocità di circa un centimetro all'anno. Man mano che lo scheletro cresce verso l'alto, il corallo genera distici alternati di bande a bassa densità e ad alta densità al ritmo di un distico all'anno. Queste bande di densità sono visibili nelle immagini a raggi X di lastre tagliate dei nuclei di corallo e vengono utilizzate dagli scienziati per guidare il campionamento con risoluzione quasi mensile e per aiutare a generare modelli di età dettagliati.

I traccianti geochimici misurati nello scheletro di un corallo sono sensibili alla temperatura dell'acqua, salinità, portata fluviale, e altri parametri ambientali. Poiché i coralli sani crescono continuamente durante tutto l'anno e possono vivere per diversi secoli, enormi coralli possono essere utilizzati per creare registrazioni continue dei cambiamenti passati nella temperatura dell'acqua, salinità, e altre condizioni che risalgono a diversi secoli.

Il record più lungo su cui Linsley ha lavorato risale al 1521 e proviene dalle Samoa americane. Altri record da Panama, Figi, le Isole Cook, e Tonga risalgono ai primi del 1600. La capacità di generare queste cronologie dettagliate e accurate delle condizioni ambientali passate è ciò che rende i coralli così preziosi come archivi paleoclimatici.

Alcune delle recenti ricerche di Linsley si concentrano sugli eventi di sbiancamento dei coralli, che si verificano con frequenza crescente all'aumentare della temperatura dell'oceano. Piccole alghe vivono nei tessuti dei coralli - sono loro che danno ai coralli i loro colori brillanti - e hanno una relazione simbiotica con gli animali corallini. Per esempio, il corallo fornisce alle alghe un ricco apporto di anidride carbonica e le alghe forniscono ai coralli la loro principale fonte di cibo.

I coralli sono estremamente sensibili alle variazioni di temperatura e quando la temperatura dell'oceano aumenta, anche un grado Celsius, i coralli si stressano. Quando questo accade, le alghe vengono espulse dai coralli, con conseguente strutture di corallo bianco "sbiancato". Durante un evento di sbiancamento, le alghe potrebbero non scomparire uniformemente dal corallo, dovuto in parte al fatto che ci possono essere molte diverse specie di alghe presenti su una formazione corallina. In alcuni casi, i coralli possono riprendersi ma se l'acqua rimane calda, i coralli di solito muoiono.

"Una volta certo, la soglia di temperatura specifica del sito viene mantenuta per un numero specifico di settimane, molti coralli sbiancano. Però, altri stress possono anche causare la morte del corallo che a volte è difficile da distinguere dallo sbiancamento, " ha detto Linsley.

Eventi di sbiancamento dei coralli si sono verificati in tutto il mondo contemporaneamente ad alcuni eventi di El Niño, che causano lo sviluppo di una regione di acqua calda lungo l'equatore nel Pacifico centrale e orientale. Potrebbe esserci una correlazione tra i due ma lo schema esatto non è ancora chiaro; Linsley ha detto che sul lato dell'Oceano Pacifico di Panama, uno dei suoi siti di studio, lo sbiancamento dei coralli sembra coincidere con alcuni eventi di El Niño molto forti.

Nel corso della carriera di Linsley, ha studiato gli eventi di sbiancamento dei coralli a Panama, Figi, e Tonga. Più recentemente, a marzo 2018, è tornato a Panama per esaminare per la seconda volta un evento di sbiancamento, un viaggio sostenuto dal Centro per il clima e la vita.

A Panama, Linsley e il suo team hanno raccolto cinque nuclei di corallo da un'area nel Golfo di Chiriquí, sulla costa del Pacifico. La temperatura dell'acqua nella regione è generalmente di 32 gradi centigradi, o 89,6 gradi Fahrenheit, con solo due gradi di variazione stagionale. C'è pochissimo sviluppo umano nella zona, così tante foreste di mangrovie rimangono lungo la costa non sviluppata. I venti nella regione si muovono da est a ovest e un'ombra di vento che blocca gli alisei; ci sono sia precipitazioni dirette nell'oceano che deflusso dalla terra.

I coralli registrano tutta questa attività ambientale e, attraverso diverse analisi, Linsley sta usando i nuclei che ha raccolto a Panama per ricostruire la storia dello sbiancamento dei coralli e dei cambiamenti idrologici nella regione fino alla metà del 1800. I risultati di Linsley alla fine miglioreranno la comprensione dei cambiamenti stagionali e su scala decennale delle precipitazioni in America Centrale.

Queste informazioni aiuteranno la regione a rispondere alle pressioni climatiche in diversi modi. Azienda agricola, governi, e gli agricoltori possono utilizzarlo per pianificare le future fluttuazioni delle precipitazioni e implementare pratiche di gestione delle colture efficaci. La conoscenza aiuterà anche gli sforzi dell'Autorità del Canale di Panama, che gestisce le chiuse del Canale di Panama, costruire resilienza e adattarsi ai cambiamenti delle precipitazioni. È necessaria una grande quantità di acqua per spostare le navi attraverso le chiuse senza l'uso di pompe, quindi la mancanza di precipitazioni potrebbe causare costose interruzioni del traffico marittimo attraverso il Canale di Panama.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.