Nell'Oceano Atlantico, un gigantesco "nastro trasportatore" trasporta acque calde dai tropici nell'Atlantico settentrionale, dove si raffreddano e affondano per poi tornare a sud nel profondo oceano. Questo modello di circolazione è un attore importante nel clima globale, regolare i modelli meteorologici nell'Artico, Europa, e in tutto il mondo. L'evidenza suggerisce sempre più che questo sistema sta rallentando, e alcuni scienziati temono che possa avere effetti importanti, come far scendere le temperature in Europa e riscaldare le acque al largo della costa orientale degli Stati Uniti, potenzialmente danneggiando la pesca e aggravando gli uragani. (Per un'esagerazione eccessiva degli effetti potenziali, vedere il film del 2004 Il giorno dopo domani.)

Un nuovo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura fornisce informazioni sulla rapidità con cui questi cambiamenti potrebbero avere effetto se il sistema continua a indebolirsi. Guidato dagli scienziati del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia in collaborazione con il Norwegian Research Centre, lo studio è il primo a determinare con precisione i ritardi tra i cambiamenti passati al nastro trasportatore oceanico e i principali cambiamenti climatici.

Il team ha studiato una sezione chiave del modello di corrente oceanica, noto come Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Si sono concentrati su una sezione in cui l'acqua scende dalla superficie al fondo del Nord Atlantico. Hanno confermato che l'AMOC ha iniziato a indebolirsi circa 400 anni prima di una grande ondata di freddo 13, 000 anni fa, e ha iniziato a rafforzarsi di nuovo circa 400 anni prima di un brusco riscaldamento 11, 000 anni fa.

"Le nostre ricostruzioni indicano che ci sono chiari precursori climatici forniti dallo stato dell'oceano, come segnali di avvertimento, per così dire, " dice l'autore principale Francesco Muschitiello, che ha completato il lavoro come postdoc a Lamont-Doherty e ora lavora all'Università di Cambridge.

Fino ad ora, è stato difficile stabilire se i cambiamenti passati nel nastro trasportatore oceanico si siano verificati prima o dopo i bruschi cambiamenti climatici che hanno caratterizzato l'ultima deglaciazione nell'emisfero settentrionale. Per superare le solite sfide, il team ha messo insieme i dati di una carota di sedimenti perforata dal fondo del Mare di Norvegia, un nucleo di sedimenti lacustri della Scandinavia meridionale, e carote di ghiaccio dalla Groenlandia.

Gli scienziati in genere si affidano alla datazione del carbonio radioattivo (carbonio 14) per determinare l'età dei sedimenti; misurare quanto carbonio 14 rimane in un fossile rivela quanto tempo fa l'organismo è morto, e quindi quanti anni ha il sedimento circostante. Questa relazione è difficile nei sedimenti oceanici, anche se, perché il carbonio 14 si crea nell'atmosfera, e ci vuole tempo perché il carbonio si faccia strada attraverso l'oceano. Quando raggiunge gli organismi sul fondo della colonna d'acqua, il carbonio 14 potrebbe già avere centinaia o migliaia di anni. Quindi il team aveva bisogno di un modo diverso per datare gli strati di sedimenti nel nucleo marino.

Ecco perché hanno misurato il contenuto di carbonio 14 in un vicino nucleo di sedimenti del lago. Gli antichi strati del lago contengono piante in decomposizione che hanno estratto il carbonio 14 direttamente dall'atmosfera, così gli scienziati hanno potuto scoprire l'età di ogni strato di sedimenti lacustri. Quindi hanno usato alcune tecniche per abbinare gli strati del nucleo di sedimenti lacustri agli strati del nucleo marino. Gli strati di cenere di due antiche eruzioni vulcaniche in Islanda hanno contribuito ad allineare le cose. Questo processo ha fornito al team l'età precisa di ogni strato nel nucleo marino.

Prossimo, hanno confrontato l'età reale dei sedimenti marini con l'età che stavano leggendo dalle misurazioni del carbonio 14 dell'oceano profondo; le differenze tra questi due hanno fornito loro una stima del tempo impiegato dal carbonio atmosferico 14 per raggiungere il fondo del mare. In altre parole, ha rivelato quanto velocemente l'acqua stava affondando in questa zona, in un processo chiamato formazione di acque profonde che è essenziale per mantenere la circolazione dell'AMOC. Ora avevano una registrazione dei modelli di circolazione oceanica in questa regione nel tempo.

L'ultimo pezzo del puzzle era analizzare le carote di ghiaccio della Groenlandia, studiare i cambiamenti di temperatura e clima nello stesso periodo di tempo. Le misurazioni del berillio-10 nelle carote di ghiaccio hanno aiutato gli autori a collegare con precisione le carote di ghiaccio ai record di carbonio 14, mettendo entrambi i set di dati sulla stessa timeline. Ora potevano finalmente confrontare l'ordine degli eventi tra i cambiamenti della circolazione oceanica e i cambiamenti climatici.

Il confronto dei dati dei tre nuclei ha rivelato che l'AMOC si è indebolito nel periodo precedente l'ultima grande ondata di freddo del pianeta, chiamato il giovane Dryas, intorno alle 13, 000 anni fa. La circolazione oceanica iniziò a rallentare circa 400 anni prima dell'ondata di freddo, ma una volta che il clima ha iniziato a cambiare, le temperature sulla Groenlandia sono precipitate rapidamente di circa 6 gradi.

Un modello simile è emerso verso la fine di quella ondata di freddo; la corrente ha iniziato a rafforzarsi circa 400 anni prima che l'atmosfera iniziasse a riscaldarsi drammaticamente, uscire dall'era glaciale. Una volta iniziata la deglaciazione, La Groenlandia si è riscaldata rapidamente:la sua temperatura media è salita di circa 8 gradi in pochi decenni, causando lo scioglimento dei ghiacciai e la notevole caduta di ghiaccio marino nell'Atlantico settentrionale.

"Quei ritardi [di 400 anni] sono probabilmente sul lato lungo di quello che molti si sarebbero aspettati, "dice Anders Svensson, che studia il paleoclima all'Università di Copenhagen, e chi non era coinvolto nello studio in corso. "Molti studi precedenti hanno suggerito ritardi di varie lunghezze, ma pochi hanno avuto gli strumenti necessari per determinare la fase con sufficiente precisione."

Co-autore William D'Andrea, un paleoclimatologo di Lamont-Doherty è rimasto sorpreso da ciò che hanno trovato:dice che i tempi di ritardo sono due o tre volte maggiori di quanto si sarebbe aspettato.

Per ora non è del tutto chiaro perché ci sia stato un così lungo ritardo tra i cambiamenti AMOC e i cambiamenti climatici nel Nord Atlantico.

È anche difficile individuare cosa potrebbero significare questi modelli del passato per il futuro della Terra. Prove recenti suggeriscono che l'AMOC ha iniziato a indebolirsi di nuovo 150 anni fa. Però, le condizioni attuali sono molto diverse dall'ultima volta, dice Muschitiello; il termostato globale era molto più basso allora, il ghiaccio marino invernale si estendeva più a sud del porto di New York, e la struttura dell'oceano sarebbe stata molto diversa. Inoltre, il passato indebolimento dell'AMOC è stato molto più drammatico della tendenza odierna.

Tuttavia, D'Andrea dice che "se l'AMOC dovesse indebolirsi nella misura in cui lo fece allora, potrebbero volerci centinaia di anni prima che i grandi cambiamenti climatici si manifestino effettivamente".

Muschitiello aggiunge, "È chiaro che ci sono alcuni precursori nell'oceano, quindi dovremmo guardare l'oceano. Il solo fatto che AMOC stia rallentando, questa dovrebbe essere una preoccupazione basata su ciò che abbiamo trovato."

Lo studio dovrebbe anche aiutare a migliorare la fisica alla base dei modelli climatici, che generalmente presuppongono che il clima risponda bruscamente contemporaneamente ai cambiamenti di intensità dell'AMOC. I perfezionamenti del modello, a sua volta, potrebbe rendere le previsioni climatiche più accurate. Come dice Svensson:"Finché non comprendiamo il clima del passato, è molto difficile vincolare i modelli climatici necessari per realizzare scenari futuri realistici".