Il mare è la più formidabile macchina per l'accumulo di anidride carbonica della Terra, ma abbondano ancora i misteri sui processi interconnessi di quel deposito e la miriade di organismi coinvolti.

Ora, grazie ad una serie di articoli pubblicati sulla rivista Frontiere nelle scienze marine , i ricercatori della Florida State University si stanno avvicinando a una comprensione più chiara dello stoccaggio del carbonio nell'oceano, i suoi attori biologici costitutivi e i fattori che potrebbero limitarne l'efficienza.

In tre studi sulla pompa biologica del carbonio, il processo mediante il quale l'anidride carbonica prodotta dalle alghe fotosintetiche nella superficie dell'oceano viene trasferita al fondo marino e conservata per millenni, il professore associato di oceanografia Mike Stukel e i suoi collaboratori hanno scoperto che lo zooplancton microscopico svolge un ruolo fondamentale, ruoli spesso sottovalutati e talvolta contrapposti nel trasporto e nel sequestro del carbonio.

"Questi organismi contribuiscono alla pompa biologica del carbonio creando pellet fecali ricchi di carbonio che affondano rapidamente nell'oceano, " ha detto Stukel. "Tuttavia, alcuni zooplancton si nutrono anche di particelle che affondano, diminuendo così l'efficienza della pompa biologica del carbonio."

Circa 5-12 gigatonnellate di carbonio vengono trasportate ogni anno dalla pompa biologica del carbonio, un volume simile alla quantità di anidride carbonica prodotta dall'uomo ogni anno attraverso la combustione di combustibili fossili.

Però, orde di zooplancton affamato a centinaia di metri sotto la superficie spesso consumano particelle ricche di carbonio che affondano verso il fondo dell'oceano, interrompendo quel processo di trasporto.

"Questo impedisce al carbonio di essere sequestrato a profondità più profonde e garantisce che tornerà nell'atmosfera prima, " ha detto Stukel.

La maggior parte degli studi sul ruolo dello zooplancton nei cicli biogeochimici globali, Stukel ha detto, si sono concentrati principalmente sul krill e su gruppi simili comuni, con l'ipotesi che il loro comportamento sia rappresentativo di tutto lo zooplancton nell'oceano. Ma il suo studio dimostra la varietà di modi in cui questi minuscoli organismi possono alterarsi, e a volte ostacolare, la pompa del carbonio biologico.

In un'indagine su due tipi specifici di zooplancton, feodari e pteropodi, Stukel e il suo team hanno scoperto che questi gruppi di organismi che si nutrono di particelle che affondano possono influenzare il trasporto del carbonio tanto quanto lo zooplancton più abbondante che si nutre in sospensione come il krill, che cenano su materia organica galleggiante più vicino alla superficie dell'oceano.

"Alcune specie hanno caratteristiche molto diverse che danno loro un'importanza smisurata nella biogeochimica marina, " Egli ha detto.

La migrazione verticale regolare dello zooplancton dalla superficie alle acque più profonde è essenziale per il trasporto e il sequestro sicuro del carbonio nell'oceano. Stukel e lo studente laureato dell'FSU Thomas Kelly hanno scoperto che questi viaggiatori instancabili rappresentano molto più trasporto di carbonio di quanto suggerirebbero le stime precedenti.

Utilizzando un avanzato, modello di ecosistema integrato, Stukel e Kelly hanno valutato i tassi di produzione di alghe a livello superficiale, stime della biomassa e requisiti di prede di pesci e zooplancton. Il loro modello ha mostrato che le richieste metaboliche degli organismi a centinaia di metri sotto la superficie richiedono una quantità maggiore di carbonio erogato dai migratori del previsto.

Il risultato:un significativo trasporto di carbonio dallo zooplancton in migrazione verticale era più importante dal punto di vista ecologico del previsto.

"La maggior parte delle stime precedenti sul flusso di carbonio correlato alla migrazione ha suggerito che la migrazione è responsabile solo del 5-20% del flusso verso il basso, " ha detto Stukel. "Tuttavia, il nostro studio suggerisce che i risultati precedenti potrebbero aver sottovalutato la vera importanza della migrazione, e che potrebbe effettivamente contribuire a quasi la metà del flusso totale nelle regioni costiere produttive".

I ricercatori dispongono di un arsenale di strategie per valutare il flusso di particelle ricche di carbonio nella pompa biologica del carbonio. Alcuni di quelli, come trappole di sedimenti alla deriva, richiedono molto tempo a bordo delle navi da ricerca, una spesa che spesso può essere proibitiva.

Un altro metodo, chiamato imaging ottico, consente agli scienziati di scattare foto dettagliate delle particelle con fotocamere subacquee e utilizzare i profili delle dimensioni delle particelle per ottenere una nuova comprensione del loro movimento attraverso la colonna d'acqua.

"Fondamentalmente, la teoria ci dice che dovrebbero esserci relazioni tra la dimensione delle particelle e sia la velocità di affondamento che il contenuto di carbonio, " Ha detto Stukel. "Se siamo in grado di misurare la dimensione e l'abbondanza delle particelle, e se queste relazioni teoriche valgono, possiamo stimare il flusso di particelle fotografando le particelle nell'oceano".

Stukel e lo studente laureato della FSU Christian Fender hanno messo alla prova il metodo di imaging ottico più conveniente. Hanno scoperto che gli algoritmi convenzionali per misurare il flusso di particelle dai profili delle immagini hanno ottenuto risultati particolarmente scarsi nell'ecosistema attuale della California. Il problema principale, Stukel ha detto, era l'incapacità degli algoritmi di tenere adeguatamente conto dei più pesanti, pellet fecali di zooplancton ad affondamento rapido, che sono una componente importante del flusso complessivo di particelle della regione.

In risposta a questa constatazione, il team ha sviluppato un algoritmo progettato per stimare il flusso dalla dimensione delle particelle nelle condizioni specifiche del California Current Ecosystem. These specially tailored parameters, which foregrounded the importance of the zooplankton fecal pellets, significantly outperformed the standard algorithms.

The study showed that, in order to best capitalize on more affordable optical imaging strategies, researchers need to pay close attention to the specific environments and particles they're investigating.

"Our results show that cameras need to quantify not only the size of the particle, but also classify what type of particle it is, " Stukel said.

The three studies produced by Stukel and his team reveal new insights into the micro-scale mechanics of one of the world's most important carbon transport processes. In addition to highlighting the gatekeeping zooplankton that often halt the sequestration of highly carbonic particles and the historically undervalued role of plankton migrators in the biological carbon pump, the research also makes important suggestions about how to better evaluate carbon flux in variable ocean environments around the world.

Stukel said the best way to achieve a more comprehensive understanding of the biological carbon pump is to develop a deeper appreciation for the panoply of plankton that keep it pumping.

"Given their diverse roles in the biological carbon pump, it is important for scientists to not only consider how many zooplankton are in a particular region, but also to focus on the diversity and functional roles of these groups, " Egli ha detto.