Quando i fertilizzanti a base di azoto fluiscono nei corpi idrici, il risultato può essere mortale per la vita marina vicino alla costa, ma qual è l'effetto dell'inquinamento da azoto lontano in mare aperto?

Un corallo cerebrale di 130 anni ha fornito la risposta, almeno per l'Oceano Atlantico settentrionale al largo della costa orientale degli Stati Uniti. Misurando l'azoto nello scheletro del corallo, un team di ricercatori guidati dalla Princeton University ha riscontrato un inquinamento da azoto significativamente inferiore a quanto stimato in precedenza. Lo studio è stato pubblicato online nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Con nostra sorpresa, non abbiamo visto prove di un aumento dell'inquinamento da azoto nell'Oceano Atlantico settentrionale negli ultimi decenni, " ha detto Xingchen (Tony) Wang, che ha condotto il lavoro come parte del suo dottorato in geoscienze a Princeton ed è ora borsista post-dottorato presso il California Institute of Technology.

Il lavoro precedente del team di Princeton, però, ha trovato un elevato inquinamento da azoto in un altro sito oceanico aperto nel Mar Cinese Meridionale, in coincidenza con il drammatico aumento della produzione di carbone e dell'uso di fertilizzanti in Cina negli ultimi due decenni.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato campioni di scheletro di corallo raccolti in mare aperto a circa 620 miglia a est del continente nordamericano vicino all'isola di Bermuda, una regione che si pensa sia fortemente influenzata dall'azoto nell'aria rilasciato dalle fonti continentali degli Stati Uniti come gli scarichi dei veicoli e le centrali elettriche.

Sebbene il team non abbia trovato prove che l'azoto prodotto dall'uomo fosse in aumento, i ricercatori hanno notato variazioni nell'azoto che corrispondevano ai livelli attesi da un fenomeno climatico naturale chiamato oscillazione del Nord Atlantico, ha detto Wang.

Il risultato è in contrasto con i modelli informatici precedentemente pubblicati che prevedevano un aumento significativo dell'inquinamento da azoto causato dall'uomo nel Nord Atlantico.

Il lavoro potrebbe indicare che le misure di controllo dell'inquinamento degli Stati Uniti stanno limitando con successo la quantità di emissioni di azoto generate dall'uomo che entrano nell'oceano.

"La nostra scoperta ha importanti implicazioni per il futuro dell'impatto dell'azoto umano sull'Oceano Atlantico settentrionale, " ha detto Wang. "In gran parte a causa dei progressi nella tecnologia dell'inquinamento, le emissioni umane di azoto dagli Stati Uniti sono rimaste stabili o addirittura sono diminuite negli ultimi decenni, " ha detto. "Se le emissioni continuano a questo livello, i nostri risultati implicano che l'aperto Nord Atlantico rimarrà minimamente colpito dall'inquinamento da azoto nei prossimi decenni".

Azoto, quando nella sua forma biologicamente disponibile e fornita in eccesso, può causare la crescita eccessiva di piante e alghe e portare a gravi danni all'ecosistema, comprese le "zone morte" marine che si formano quando i microrganismi consumano tutto l'ossigeno nell'acqua, lasciando nessuno per il pesce. La produzione di fertilizzanti e la combustione di combustibili fossili hanno notevolmente aumentato la produzione di prodotti biologicamente disponibili, o "fisso, "azoto dall'inizio del XX secolo.

Quando emesso nell'atmosfera, l'azoto fisso può influenzare l'oceano lontano dalla terraferma. Però, gli impatti sull'oceano sono difficili da studiare a causa delle sfide legate all'effettuazione di osservazioni a lungo termine in mare aperto.

I coralli possono aiutare. I coralli pietrosi o "Scleractiniani" sono organismi longevi che costruiscono uno scheletro di carbonato di calcio man mano che crescono. I coralli assorbono l'azoto dall'acqua circostante e ne depositano una piccola porzione nei loro scheletri. Gli scheletri forniscono una registrazione naturale delle emissioni di azoto.

Per distinguere l'essere umano, o di origine antropica, azoto dal tipo naturale, i ricercatori approfittano del fatto che l'azoto è disponibile in due pesi. La versione più pesante, noto come 15N, contiene un neutrone in più rispetto al 14N più leggero. L'azoto antropogenico ha un rapporto inferiore tra 15N e 14N rispetto all'azoto nell'oceano.

"È stato a lungo il mio sogno utilizzare l'azoto negli scheletri di corallo per ricostruire i cambiamenti ambientali del passato; grazie a Tony, ora lo stiamo facendo, " ha detto Daniel Sigman, il Dusenbury Professor di Scienze Geologiche e Geofisiche a Princeton.

Mentre uno studente laureato a Princeton, Wang ha sviluppato un metodo sensibile e preciso per misurare il rapporto 15N-a-14N utilizzando uno spettrometro di massa, che è come una bilancia da bagno per pesare le molecole.

Per raccogliere campioni di corallo nell'Oceano Atlantico settentrionale, Wang e Anne Cohen, uno scienziato associato in geologia e geofisica presso la Woods Hole Oceanographic Institution, ha guidato una squadra nel 2014 alle Bermuda. I ricercatori hanno rimosso un nucleo lungo 23 pollici da un corallo cervello vivente ( Diploria labyrinthiformis ) a circa 10 piedi sotto la superficie di Hog Reef, a circa sei miglia dall'isola principale. I ricercatori hanno confermato che il deflusso di azoto delle Bermuda non era un fattore nel sito misurando i livelli di azoto nel plancton che galleggia nelle vicinanze.

Lo studio, "Forcing naturale del ciclo dell'azoto del Nord Atlantico nell'Antropocene, " di Xingchen Tony Wang, Anne Cohen, Victoria Lu, Haojia Ren, Zhan Su, Gerald Haug e Daniel Sigman, è stato pubblicato online la settimana del 1 ottobre, 2018 nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .