Ricercatori dell'Università di Berna hanno analizzato un nucleo di sedimenti lungo 169 metri raccolto sul fondo dell'Oceano Antartico dalla nave da ricerca JOIDES Resolution, in collaborazione con l'International Ocean Drilling Project (IODP). Credito:IODP
Negli ultimi milioni di anni, le ere glaciali si sono intensificate e allungate. Secondo uno studio condotto dall'Università di Berna, questa transizione climatica precedentemente inspiegabile coincide con una diminuzione del mescolamento tra acque profonde e superficiali nell'Oceano Antartico. Lo studio conferma che la regione antartica svolge un ruolo cruciale durante i periodi di cambiamento climatico.
Un'analisi dei sedimenti marini raccolti a una profondità di oltre 2 km ha appena fornito una risposta a uno degli enigmi della storia del clima terrestre:la transizione del Pleistocene medio, iniziata circa un milione di anni fa. Successivamente, le ere glaciali si sono allungate e intensificate, e la frequenza dei loro cicli è aumentata da 40, 000 anni a 100, 000 anni. Lo studio, che è apparso sul giornale Scienza , mostra una delle chiavi di questo fenomeno si trova nelle acque profonde dell'Oceano Antartico che circonda l'Antartide.
Le acque oceaniche contengono 60 volte più carbonio dell'atmosfera. Di conseguenza, piccole variazioni di anidride carbonica (CO 2 ) la concentrazione delle acque svolge un ruolo importante nelle transizioni climatiche. Guidato da Samuel Jaccard, Professore FNS presso l'Università di Berna, il nuovo studio ha tracciato l'evoluzione del mescolamento tra acque profonde e superficiali nell'Oceano Antartico. La miscelazione è un fattore importante nel sistema climatico globale, perché porta CO . oceanica 2 alla superficie, dove fuoriesce nell'atmosfera.
I risultati mostrano che la miscelazione è stata significativamente ridotta alla fine della transizione del Medio Pleistocene, circa 600, 000 anni fa. Inoltre, spiegano come la ridotta miscelazione abbia diminuito la quantità di CO 2 liberato dall'oceano, che a sua volta ha ridotto l'effetto serra e intensificato le ere glaciali. Lo studio fa così luce sui meccanismi di feedback in grado di rallentare o accelerare significativamente il cambiamento climatico in corso.
"Le dinamiche del sistema climatico globale sono molto complesse", dice Samuel Jaccard. "Concentrazioni di gas serra atmosferici, soprattutto CO 2 , giocare un ruolo importante. Sono ovviamente legate alle emissioni dovute alle attività umane, ma anche a fenomeni naturali e soprattutto al degasaggio dell'anidride carbonica contenuta negli oceani. La miscelazione gioca un ruolo molto importante in questo caso, perché porta la CO . disciolta 2 dalle acque profonde alla superficie, da dove viene trasferito nell'atmosfera e contribuisce all'effetto serra. Una migliore comprensione di questi fenomeni è fondamentale, perché sono anche un fattore nell'attuale riscaldamento globale".
Conseguenze per il riscaldamento globale
I ricercatori hanno determinato la differenza di salinità e temperatura tra la superficie e le acque profonde, perché questi due fattori determinano l'intensità della miscelazione, tra l'altro. I risultati mostrano che due processi opposti si sono intensificati durante la transizione climatica verso ere glaciali più lunghe:le acque superficiali sono diventate contemporaneamente più fredde e meno salate.
L'analisi chimica di queste conchiglie (trovate nei sedimenti marini sotto il fondo dell'Oceano Meridionale, e visto qui al microscopio elettronico) ha permesso ai ricercatori di tracciare l'evoluzione della miscelazione dell'acqua, un fenomeno cruciale nelle transizioni climatiche. Questi foraminiferi vivono o sul fondo dell'oceano, o nelle acque superficiali (foto). Credito:Adam Hasenfratz / Università di Berna
Di conseguenza, la miscelazione degli strati è diminuita notevolmente durante le ere glaciali. Riducendo la quantità di CO 2 rilasciati dagli oceani nell'atmosfera, questo fenomeno ha contribuito a diminuire l'effetto serra e a prolungare il clima freddo, inaugurando così un periodo di "raffreddamento globale", dice Jaccard. "Questo è un tipico esempio di feedback loop:il missaggio diminuisce, e le precipitazioni e lo scioglimento dei ghiacciai si accumulano sulla superficie dell'oceano e vi rimangono più a lungo; che a sua volta diminuisce la salinità e la densità alla superficie dell'acqua, rafforzando l'attenuazione del processo di miscelazione."
Questi risultati sono rilevanti per la situazione attuale, dice Jaccard:"Negli ultimi decenni abbiamo osservato venti occidentali più intensi mentre il clima si riscalda, che favorisce la miscelazione e quindi il rilascio di CO . oceanica 2 nell'atmosfera. Ma questa tendenza potrebbe essere compensata da altri effetti:ad esempio, un clima più caldo potrebbe aumentare le precipitazioni e lo scioglimento dei ghiacciai, aggiungendo così acqua dolce alla superficie. Non possiamo ancora prevedere cosa accadrà; abbiamo bisogno di simulazioni climatiche per capire meglio come evolveranno in futuro le dinamiche di circolazione dell'Oceano Antartico".
Scendendo al nocciolo della questione
La ricostruzione storica del mescolamento oceanico è stata effettuata utilizzando un nucleo di sedimenti lungo 169 metri, prelevato da sotto il fondo dell'oceano a una profondità di 2800 metri, circa 2500 km al largo della costa del Sud Africa. Il nucleo è stato estratto negli anni '90 nell'ambito dell'International Ocean Drilling Project (IODP) e da allora immagazzinato in Germania. Il team ha avuto accesso al nucleo grazie alla partecipazione attiva della Svizzera all'IODP, che è stato sostenuto dal Fondo nazionale svizzero per la scienza.
Durante il suo dottorato di ricerca al Politecnico di Zurigo, Adam Hasenfratz ha tagliato il torsolo in fette spesse migliaia di centimetri, ciascuno corrispondente a circa un secolo di depositi. Da ogni fetta, isolò e analizzò conchiglie di foraminiferi, protozoi con scheletro di calcite. La composizione chimica delle conchiglie dipende dalle condizioni marine durante la formazione delle conchiglie, in particolare salinità e temperatura dell'acqua.
"All'inizio, tutti gli esperti ci hanno detto che il nostro progetto era condannato perché il numero di foraminiferi sarebbe stato troppo piccolo per effettuare le necessarie analisi chimico-fisiche", dice Samuel Jaccard. "Ma Adam è riuscito a sviluppare nuove tecniche che gli hanno permesso di analizzare quantità molto piccole di materiale. Questo ci ha permesso di tracciare l'evoluzione della salinità e della temperatura dell'acqua". Hasenfratz ha identificato due specie che vivono sul fondo dell'oceano (Melonis pompilioides) o sulla superficie dell'oceano (Neogloboquadrina pachyderma). Ciò gli ha permesso di ottenere informazioni sulla temperatura e sulla salinità delle acque profonde e superficiali per un periodo di oltre un milione di anni.
Come succede, il rapporto tra magnesio e calcio presente in un guscio di foraminiferi dipende dalla temperatura dell'acqua durante la formazione del guscio. Quel bit di dati permette di dedurre la salinità dell'acqua in base al rapporto di due isotopi di ossigeno (O16 e O18) presenti nella calcite (CaCO 3 ) guscio, che riflette sia la temperatura che la salinità dell'acqua. Poiché l'acqua di mare contenente l'isotopo leggero O16 evapora più facilmente, il rapporto degli isotopi dell'ossigeno fornisce un'indicazione della velocità di evaporazione e di conseguenza della salinità e della temperatura dell'acqua.
L'analisi mostra che le acque superficiali si sono raffreddate nel corso dell'ultimo milione di anni, soprattutto durante le ere glaciali. Ciò ha ridotto la differenza di temperatura tra la superficie e il freddo, acque profonde, che in linea di principio avrebbe dovuto intensificare la miscelazione. Ma questa tendenza è stata invertita dalla marcata diminuzione della salinità delle acque superficiali, che diventava meno densa e quindi meno suscettibile di mescolarsi con gli strati profondi. Lo studio mostra che la miscelazione delle acque è diminuita significativamente, che ha permesso alle acque profonde di sequestrare più CO . disciolta 2 , con importanti conseguenze per l'evoluzione del clima.
