Nascosti anche nelle acque più limpide dell'oceano ci sono indizi su ciò che sta accadendo ai mari e al clima su scala globale. Tracce di vari elementi chimici si trovano in tutti i mari e possono rivelare cosa sta succedendo con le reazioni biologiche e i processi fisici che hanno luogo in essi.

I ricercatori lavorano da anni per capire esattamente cosa possono dirci questi oligoelementi sull'oceano. Ciò include il modo in cui le alghe microscopiche catturano il carbonio dall'atmosfera tramite la fotosintesi in modo da produrre cibo per gran parte della vita marina, e come questo sequestro del carbonio e la produzione biologica stanno cambiando in risposta al cambiamento climatico.

Ma ora gli scienziati hanno proposto che potrebbero anche essere in grado di apprendere come questi sistemi sono stati influenzati dai cambiamenti climatici molto tempo fa scavando in profondità nel fondo del mare per trovare la registrazione sedimentaria degli elementi in traccia del passato. E capire il passato potrebbe essere la chiave per capire cosa accadrà in futuro.

Gli oligoelementi possono insegnarci una quantità incredibile sugli oceani. Per esempio, le concentrazioni di zinco oceanico assomigliano in modo sorprendente alle proprietà fisiche delle acque profonde che spostano enormi quantità di calore e sostanze nutritive in tutto il pianeta attraverso il "nastro trasportatore oceanico". Questo notevole legame tra zinco e circolazione oceanica sta appena iniziando a essere compreso attraverso osservazioni ad alta risoluzione e studi di modellizzazione.

Alcuni oligoelementi, come il ferro, sono essenziali per la vita, e altri, come bario e neodimio, rivelano importanti informazioni sulla produttività biologica delle alghe. I diversi isotopi di questi elementi (varianti con diverse masse atomiche) possono far luce sui tipi e sulle velocità delle reazioni chimiche e biologiche in corso.

Molti di questi elementi si trovano solo in quantità incredibilmente piccole. Ma negli ultimi anni, un ambizioso progetto internazionale chiamato GEOTRACES ha utilizzato metodi tecnologici e analitici all'avanguardia per campionare e analizzare elementi in traccia e comprendere la chimica dell'oceano moderno con dettagli senza precedenti. Questo ci fornisce il quadro più completo fino ad oggi di come i nutrienti e il carbonio si spostano negli oceani e in che modo influiscono sulla produzione biologica.

Fabbriche di carbonio

La produzione biologica è una rete intricata di processi e cicli diversi. La produzione primaria è la quantità di carbonio convertita in materia organica dalle alghe. La produzione netta delle esportazioni si riferisce alla piccola frazione di questo carbonio legato alla materia organica che non finisce per essere utilizzata dai microbi come cibo e sprofonda nel profondo. Una porzione ancora più piccola di questo carbonio verrà infine immagazzinata nei sedimenti sul fondo dell'oceano.

Oltre al carbonio, queste alghe catturano e immagazzinano una varietà di oligoelementi nella loro materia organica. Quindi, utilizzando tutte le informazioni chimiche a nostra disposizione, possiamo avere una visione completa di come crescono le alghe, affondare e diventare sepolti negli oceani. E osservando come diversi metalli e isotopi sono integrati in antichi strati di roccia sedimentaria, possiamo ricostruire questi cambiamenti nel tempo.

Ciò significa che possiamo utilizzare questi archivi sedimentari come registri proxy dell'uso dei nutrienti e della produzione primaria netta, o esportare la produzione, o tassi di caduta. Questo dovrebbe consentirci di iniziare a rispondere ad alcuni dei misteri su come gli oceani sono influenzati dai cambiamenti climatici, non solo nella storia della Terra relativamente recente, ma anche in tempi profondi.

Per esempio, oltre a illuminarci sui processi attivi all'interno dell'oceano moderno, gli scienziati hanno analizzato quali sono gli isotopi di zinco nei fossili del fondale marino di decine di migliaia di anni fa, e anche in rocce antiche di oltre mezzo miliardo di anni fa. La speranza è che possano usare queste informazioni per ricostruire un'immagine di come i nutrienti marini hanno cambiato nel corso della storia geologica.

Ma questo lavoro viene fornito con una nota di cautela. Dobbiamo unire le nostre conoscenze sulla moderna biogeochimica alla nostra comprensione di come si formano le rocce e vengono preservati i segnali geochimici. Questo ci consentirà di essere sicuri di poter dare interpretazioni solide dei registri proxy dei fondali marini preistorici.

Come facciamo a farlo? A dicembre 2018, scienziati di GEOTRACES hanno incontrato i membri di un altro progetto di ricerca, PAGINE, esperti nel ricostruire come la Terra ha risposto ai cambiamenti climatici del passato. Un approccio che abbiamo sviluppato consiste essenzialmente nel lavorare all'indietro.

Per prima cosa dobbiamo chiederci:quali archivi (shell, grani di sedimento, materia organica) sono conservati nei sedimenti marini? Quindi, quale delle utili firme metalliche e isotopiche dell'acqua di mare viene rinchiusa in questi archivi? Possiamo verificare, utilizzando materiale proveniente dalla superficie dei sedimenti di acque profonde, se questi archivi forniscono informazioni utili e accurate sulle condizioni oceaniche?

La domanda può anche essere girata, permettendoci di chiederci se esistono nuovi sistemi isotopici che devono ancora essere studiati. Vogliamo sapere se GEOTRACES ha scoperto modelli interessanti nella chimica degli oceani che potrebbero essere l'inizio di nuovi proxy. Se è così, potremmo essere in grado di utilizzare questi archivi oceanici per far luce su come risponde l'assorbimento di carbonio nella materia organica marina, e funge da feedback su, clima in futuro.

Per esempio, un mondo più caldo con più anidride carbonica aumenterà la crescita delle alghe, che potrebbe quindi assorbire più di questo eccesso di CO₂ e contribuire ad agire da freno alle emissioni di carbonio di origine antropica? O la produttività delle alghe diminuirà, intrappolare meno materia organica e stimolare un ulteriore riscaldamento atmosferico nel futuro? I segreti potrebbero essere tutti nei fondali.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.