Praticamente tutta la vita marina dipende dalla produttività del fitoplancton, organismi microscopici che lavorano instancabilmente sulla superficie dell'oceano per assorbire l'anidride carbonica che si dissolve nell'oceano superiore dall'atmosfera.

Attraverso la fotosintesi, questi microbi scompongono l'anidride carbonica in ossigeno, alcuni dei quali alla fine vengono rilasciati nell'atmosfera, e carbonio organico, che immagazzinano fino a quando non vengono consumati. Questo carbonio derivato dal plancton alimenta il resto della rete trofica marina, dai gamberi più piccoli alle tartarughe marine giganti e alle megattere.

Ora, scienziati del MIT, Istituto oceanografico di Woods Hole (WHOI), e altrove hanno trovato prove che la produttività del fitoplancton sta diminuendo costantemente nel Nord Atlantico, uno dei bacini marini più produttivi del mondo.

In un articolo apparso oggi su Natura , i ricercatori riferiscono che la produttività del fitoplancton in questa importante regione è diminuita di circa il 10% dalla metà del XIX secolo e dall'inizio dell'era industriale. Questo declino coincide con l'aumento costante delle temperature superficiali nello stesso periodo di tempo.

Matteo Osman, l'autore principale del documento e uno studente laureato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e scienze planetarie e il programma congiunto MIT/WHOI in oceanografia, afferma che ci sono indicazioni che la produttività del fitoplancton possa diminuire ulteriormente poiché le temperature continuano ad aumentare a causa del cambiamento climatico indotto dall'uomo.

"È un declino abbastanza significativo che dovremmo preoccuparci, " Dice Osman. "La quantità di produttività negli oceani dipende approssimativamente dalla quantità di fitoplancton di cui disponi. Quindi questo si traduce nel 10% della base alimentare marina in questa regione che è andata persa durante l'era industriale. Se abbiamo una popolazione in crescita ma una base alimentare in diminuzione, ad un certo punto probabilmente sentiremo gli effetti di quel declino".

Foratura di "frittelle" di ghiaccio

Osman e i suoi colleghi hanno cercato le tendenze nella produttività del fitoplancton utilizzando il composto molecolare acido metansolfonico, o MSA. Quando il fitoplancton si espande in grandi fioriture, alcuni microbi emettono dimetilsolfuro, o DMS, un aerosol che viene trasportato nell'atmosfera e che alla fine si decompone come aerosol di solfato, o MSA, che viene poi depositato sulla superficie marina o terrestre dai venti.

"A differenza del solfato, che può avere molte fonti nell'atmosfera, è stato riconosciuto circa 30 anni fa che MSA aveva un aspetto davvero unico, che è che è solo derivato da DMS, che a sua volta deriva solo da queste fioriture di fitoplancton, " dice Osman. "Quindi qualsiasi MSA che misuri, puoi essere certo che abbia una sola fonte unica:il fitoplancton."

Nel Nord Atlantico, fitoplancton probabilmente ha prodotto MSA che è stato depositato a nord, anche in tutta la Groenlandia. I ricercatori hanno misurato l'MSA nelle carote di ghiaccio della Groenlandia, in questo caso utilizzando colonne di neve e ghiaccio lunghe da 100 a 200 metri che rappresentano strati di eventi nevosi passati conservati per centinaia di anni.

"Sono fondamentalmente strati sedimentari di ghiaccio che sono stati impilati uno sopra l'altro nel corso dei secoli, come frittelle, "dice Osman.

Il team ha analizzato in tutto 12 carote di ghiaccio, ciascuno raccolto da una posizione diversa sulla calotta glaciale della Groenlandia da vari gruppi dagli anni '80 ad oggi. Osman e la sua consigliera Sarah Das, uno scienziato associato presso WHOI e coautore del documento, raccolto uno dei nuclei durante una spedizione nell'aprile 2015.

"Le condizioni possono essere davvero dure, " dice Osman. "Ci sono meno 30 gradi Celsius, ventoso, e ci sono spesso condizioni di bianco in una tempesta di neve, dove è difficile distinguere il cielo dalla calotta glaciale stessa".

Il team è stato comunque in grado di estrarre, metro per metro, un nucleo lungo 100 metri, utilizzando un trapano gigante che è stato consegnato alla posizione della squadra tramite un piccolo aeroplano dotato di sci. Hanno immediatamente archiviato ogni segmento del nucleo di ghiaccio in una cella frigorifera fortemente isolata, poi ha fatto volare le scatole su "voli a ponte freddo", aerei con condizioni ambientali di circa meno 20 gradi Celsius. Una volta che gli aerei sono atterrati, i camion congelatori hanno trasportato le carote di ghiaccio ai laboratori delle carote di ghiaccio degli scienziati.

"L'intero processo di come si trasporta in sicurezza una sezione di ghiaccio di 100 metri dalla Groenlandia, mantenuti in condizioni di meno-20 gradi, tornare negli Stati Uniti è un'impresa imponente, "dice Osman.

Effetti a cascata

Il team ha incorporato l'esperienza dei ricercatori di vari laboratori in tutto il mondo nell'analisi di ciascuna delle 12 carote di ghiaccio per MSA. In tutti i 12 record, hanno osservato un cospicuo calo delle concentrazioni di MSA, a partire dalla metà del XIX secolo, intorno all'inizio dell'era industriale, quando iniziò la produzione su vasta scala di gas serra. Questo calo di MSA è direttamente correlato a un calo della produttività del fitoplancton nel Nord Atlantico.

"Questa è la prima volta che usiamo collettivamente questi record MSA di carote di ghiaccio da tutta la Groenlandia, e mostrano questo segnale coerente. Assistiamo a un declino a lungo termine che ha origine all'incirca nello stesso periodo in cui abbiamo iniziato a perturbare il sistema climatico con emissioni di gas serra su scala industriale, " dice Osman. "Il Nord Atlantico è un'area così produttiva, e c'è un'enorme economia della pesca multinazionale legata a questa produttività. Qualsiasi cambiamento alla base di questa catena alimentare avrà effetti a cascata che alla fine sentiremo sulle nostre tavole".

Il declino plurisecolare della produttività del fitoplancton sembra coincidere non solo con il contemporaneo riscaldamento a lungo termine delle temperature; mostra anche variazioni sincrone su scale temporali decennali con il modello di circolazione oceanica su larga scala noto come Atlantic Meridional Overturning Circulation, o AMOC. Questo modello di circolazione agisce tipicamente per mescolare strati dell'oceano profondo con la superficie, permettendo lo scambio di nutrienti tanto necessari su cui si nutre il fitoplancton.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno trovato prove che l'AMOC si sta indebolendo, un processo ancora non ben compreso ma che potrebbe essere dovuto in parte al riscaldamento delle temperature che aumenta lo scioglimento dei ghiacci della Groenlandia. Questo scioglimento dei ghiacci ha aggiunto un afflusso di acqua dolce meno densa al Nord Atlantico, che agisce per stratificare, o separare i suoi strati, proprio come l'olio e l'acqua, impedendo ai nutrienti in profondità di risalire in superficie. Questo indebolimento della circolazione oceanica indotto dal riscaldamento potrebbe essere ciò che sta guidando il declino del fitoplancton. Poiché l'atmosfera riscalda l'oceano superiore in generale, questo potrebbe anche favorire la stratificazione dell'oceano, peggioramento della produttività del fitoplancton.

"È un pugno uno-due, " dice Osman. "Non è una buona notizia, ma il risultato è che non possiamo più rivendicare l'ignoranza. Abbiamo le prove che questo sta accadendo, e questo è il primo passo che devi compiere per risolvere il problema, comunque lo facciamo."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.