Gli oceani del mondo assorbono circa un quarto dell'anidride carbonica che gli esseri umani pompano nell'aria ogni anno, un potente freno all'effetto serra. Oltre ai processi puramente fisici e chimici, gran parte di questo è assorbito dal plancton fotosintetico poiché incorpora carbonio nei loro corpi. Quando il plancton muore, affondano, portando con sé il carbonio. Una parte di questa pioggia organica finirà rinchiusa nell'oceano profondo, isolato dall'atmosfera per secoli o più. Ma ciò che l'oceano prende, anche l'oceano restituisce. Prima che molti dei resti vadano molto lontano, sono consumati da batteri aerobi. E, proprio come noi, quei batteri respirano assorbendo ossigeno ed espellendo anidride carbonica. Gran parte di quella CO2 rigenerata finisce così di nuovo nell'aria.

Un nuovo studio suggerisce che la rigenerazione della CO2 può diventare più veloce in molte regioni del mondo poiché gli oceani si riscaldano con il cambiamento climatico. Questo, a sua volta, può ridurre la capacità degli oceani profondi di mantenere il carbonio bloccato. Lo studio mostra che in molti casi, i batteri consumano più plancton a profondità inferiori di quanto si credesse in precedenza, e che le condizioni in cui lo fanno si diffonderanno all'aumentare della temperatura dell'acqua. Lo studio è stato pubblicato questa settimana sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"I risultati ci dicono che il riscaldamento causerà un riciclaggio più rapido del carbonio in molte aree, e questo significa che meno carbonio raggiungerà le profondità dell'oceano e verrà immagazzinato lì, ", ha affermato il coautore dello studio Robert Anderson, un oceanografo al Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University.

Gli scienziati ritengono che il plancton produca da 40 a 50 miliardi di tonnellate di carbonio organico solido ogni anno. Stimano che, a seconda della regione e delle condizioni, circa 8-10 miliardi di tonnellate riescono a sprofondare dalla superficie dell'oceano in profondità maggiori, passato circa 100 metri, senza essere mangiati dai batteri. Però, gli scienziati hanno avuto una scarsa comprensione delle profondità a cui viene respirata la CO2, E conseguentemente, della velocità con cui viene restituito all'atmosfera. Il nuovo studio si è concentrato su questa domanda, con risultati sorprendenti.

Utilizzando i dati di una crociera di ricerca del 2013 dal Perù a Tahiti, gli scienziati hanno esaminato due regioni distinte:quella ricca di nutrienti, acque altamente produttive al largo del Sud America, e le acque in gran parte sterili che girano lentamente nell'oceano centrale sotto l'equatore in una serie di correnti conosciute come il giro del Pacifico meridionale.

Per misurare quanto in profondità affondano le particelle organiche, molti studi oceanografici utilizzano dispositivi relativamente primitivi che intrappolano passivamente le particelle mentre affondano. Però, questi dispositivi possono raccogliere solo una quantità limitata di dati sulle vaste distanze e profondità dell'oceano. Per il nuovo studio, i ricercatori hanno invece pompato grandi quantità di acqua di mare a diverse profondità e l'hanno setacciata. Da questi, hanno isolato particelle di carbonio organico e isotopi dell'elemento torio, che insieme hanno permesso loro di calcolare la quantità di carbonio che affonda attraverso ciascuna profondità che hanno campionato. Questa procedura produce molti più dati rispetto ai metodi tradizionali.

Nella zona fertile, l'ossigeno si esaurisce rapidamente vicino alla superficie, come batteri e altri organismi divorano materia organica. Ad una profondità di circa 150 metri, il contenuto di ossigeno raggiunge quasi lo zero, interrompere l'attività aerobica. Una volta che il materiale organico raggiunge questo strato, chiamata zona minima dell'ossigeno (OMZ) può sprofondare intatta nell'oceano più profondo. L'OMZ forma quindi una sorta di cappuccio protettivo su qualsiasi materia organica che gli sprofonda. Nelle profondità, i livelli di ossigeno riprendono ei batteri aerobi possono tornare a lavorare; però, qualsiasi CO2 prodotta fino a quel punto impiegherà secoli per tornare nell'aria attraverso le correnti ascendenti.

Fino ad ora, molti scienziati hanno pensato che gran parte della materia organica prodotta vicino alla superficie passa attraverso l'OMZ, e quindi la maggior parte della rigenerazione della CO2 avverrebbe nelle profondità dell'oceano. Però, le misurazioni dei ricercatori hanno suggerito che in realtà solo il 15% circa arriva così lontano; il resto viene riconvertito in CO2 al di sopra dell'OMZ.

"La gente non pensava che ci fosse molta rigenerazione nella zona meno profonda, " ha detto l'autore principale dello studio, Francesco Pavia, uno studente laureato a Lamont-Doherty. "Il fatto che stia accadendo mostra che il modello non funziona totalmente nel modo in cui pensavamo che funzionasse".

Questo è importante perché i ricercatori proiettano che mentre gli oceani si riscaldano, Le OMZ si estenderanno entrambe orizzontalmente su aree più ampie, e in verticale, verso la superficie. Sotto il paradigma convenzionale, ciò consentirebbe a più materia organica di raggiungere le profondità dell'oceano per rimanervi intrappolata. Però, il nuovo studio suggerisce che con la diffusione delle OMZ, così sarà la vigorosa rigenerazione di CO2 sopra di loro. Ciò contrasterebbe qualsiasi maggiore intrappolamento di materia organica al di sotto dell'OMZ. Quale effetto, vicino alla rigenerazione della superficie o al tappo fornito dall'OMZ, potrebbe prevalere è una domanda per ulteriori ricerche, dice Pavia. Ma la scoperta implica che la diffusione delle OMZ potrebbe non essere così vantaggiosa come si pensava in precedenza. (Almeno non per lo stoccaggio del carbonio; le OMZ sono dannose, in quanto uccidono molta vita marina in quelle che ora sono importanti aree di pesca.)

Più lontano, nel vortice del Pacifico meridionale, i risultati sono stati meno ambigui. C'è meno attività biologica qui che al di sopra delle OMZ a causa della mancanza di nutrienti, e ricerche precedenti che utilizzano trappole per sedimenti hanno suggerito che gran parte della materia organica che si forma sulla superficie sprofonda nelle fredde profondità. Lì avviene una certa rigenerazione di CO2, ma ci vorrebbero secoli prima che il gas riaffiori. Però, il nuovo studio ha scoperto il contrario:c'è molta più rigenerazione vicino alla superficie più calda di quanto precedentemente stimato da alcuni studi.

Questo è importante perché, come gli OMZ, si prevede che il Gyre del Pacifico meridionale e sistemi di corrente simili in altre parti degli oceani crescano man mano che gli oceani si riscaldano. I gyre divideranno queste regioni in strati stratificati di acque più calde in alto e acque più fredde in basso. E perché, secondo lo studio, tanta rigenerazione di CO2 avverrà al caldo, acque più basse, più CO2 finirà per tornare nell'aria su regioni più ampie. E a differenza delle OMZ più vicine alla costa, "non c'è alcun effetto di controbilanciamento nei gyres, " ha detto Anderson. "La storia con i gyres è che su vaste aree dell'oceano, lo stoccaggio del carbonio diventerà meno efficiente." (Ci sono altri quattro grandi vortici:il Pacifico settentrionale, l'Atlantico meridionale e settentrionale, e l'Oceano Indiano).

I ricercatori sottolineano che i processi che hanno studiato sono solo una parte del ciclo del carbonio oceanico. Le reazioni fisiche e chimiche indipendenti dalla biologia sono responsabili di gran parte dello scambio di carbonio tra atmosfera e oceani, e questi processi potrebbero interagire con la biologia in modi complessi e imprevedibili. "Questo [lo studio] ci fornisce informazioni che prima non avevamo, che possiamo inserire in modelli futuri per fare stime migliori, " disse Pavia.