Le correnti oceaniche nord-sud sono mostrate a diverse profondità nell'oceano, con la loro forza e direzione indicata dalle frecce. La densità dell'acqua aumenta con la profondità, da basso (arancione) ad alto (marrone). Durante i climi freddi (a destra), il ghiaccio marino intorno all'Antartide cresce, prevenire il degassamento del carbonio dall'oceano all'atmosfera. Anche, la formazione di salamoia aumenta, che fa sì che il fondale antartico diventi più denso, decrescente mescolandosi con le acque sovrastanti. I due processi producono più carbonio immagazzinato nelle profondità dell'oceano. Credito:IBS
Durante i periodi glaciali passati la terra era più fredda di circa 6ºC e i continenti dell'emisfero settentrionale erano coperti da lastre di ghiaccio spesse fino a 4 chilometri. Però, la terra non sarebbe stata così fredda, né le calotte di ghiaccio così immense, se non fosse per gli effetti del ghiaccio marino dall'altra parte del pianeta.
Questa è la conclusione di uno studio pubblicato questa settimana su Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America da un team di scienziati dell'IBS Center for Climate Physics (ICCP) di Busan, Corea del Sud e l'Università delle Hawaii a Manoa, a Honolulu, CIAO, Stati Uniti. Nello studio, gli scienziati hanno studiato il ruolo svolto dal ghiaccio marino (acqua oceanica congelata) nell'Oceano Antartico che circonda l'Antartica nelle passate transizioni climatiche. Hanno scoperto che in condizioni glaciali il ghiaccio marino non solo inibisce il degassamento dell'anidride carbonica dalla superficie dell'oceano verso l'atmosfera, ma aumenta anche lo stoccaggio di carbonio nelle profondità dell'oceano. Questi processi bloccano il carbonio in eccesso nell'oceano che altrimenti sfuggirebbe all'atmosfera sotto forma di CO 2 , riscaldare il pianeta, e ridurre le ampiezze glaciali.
Sappiamo dalle bolle d'aria intrappolate nelle carote di ghiaccio che la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera durante i periodi glaciali freddi era di 80-100 parti per milione (ppm) inferiore ai livelli preindustriali (280 ppm). Poiché le calotte glaciali hanno anche ridotto la quantità di carbonio immagazzinata a terra, il carbonio mancante deve essere stato immagazzinato nell'oceano. Per molti decenni è rimasto poco chiaro quali processi fossero responsabili di questa massiccia riorganizzazione del ciclo globale del carbonio durante i periodi glaciali, ma gli scienziati sospettavano che l'Oceano Meridionale avesse probabilmente svolto un ruolo importante, grazie a due caratteristiche uniche. Primo, il più denso, e quindi il tipo più profondo di acqua nell'oceano si forma vicino all'Antartide, appropriatamente chiamato "Acqua di fondo antartico". Secondo, è l'unico luogo in cui le acque oceaniche profonde possono muoversi liberamente in superficie grazie all'azione dei venti. Di conseguenza, "I processi che avvengono in superficie nell'Oceano Antartico hanno un profondo effetto sulle profondità oceaniche e sulla quantità di carbonio che vi è immagazzinata, " spiega il dottor Karl Stein, Scienziato ICCP e autore principale dello studio.
A sua volta, i cambiamenti nell'estensione del ghiaccio marino nell'Oceano Antartico influiscono sullo stoccaggio del carbonio attraverso la formazione di acque profonde e l'interazione con l'acqua di risalita. Il ghiaccio marino contiene pochissimo sale, quindi quando l'acqua dell'oceano si congela in ghiaccio, l'acqua rimanente è una salamoia estremamente salata. questo freddo, l'acqua salata è molto densa, affondando sul fondo dell'oceano e formando l'acqua del fondo antartico. Man mano che il clima diventa più freddo, si verifica una maggiore formazione di ghiaccio marino e si formano più salamoia e acque di fondo più pesanti. Il ghiaccio marino alla fine cresce in condizioni glaciali fino a coprire gran parte dell'Oceano Antartico. Ciò significa che l'acqua che risale dalle profondità dell'oceano raggiunge la superficie sotto il ghiaccio marino. "Le acque profonde dell'oceano immagazzinano grandi quantità di carbonio, quindi prima della combustione di combustibili fossili su larga scala, l'acqua che risale nell'Oceano Antartico era una fonte di carbonio per l'atmosfera, " spiega il dottor Eun Young Kwon, Associate Project Lead di ICCP e co-autore dello studio. lei aggiunge, "Se il ghiaccio marino coprisse l'area delle acque risalenti in condizioni glaciali, potrebbe fungere da coperchio per il degassamento dell'anidride carbonica".
Per studiare gli effetti fisici del ghiaccio marino sull'oceano, il team ha utilizzato un modello computerizzato del clima per condurre simulazioni che hanno riguardato l'ultimo 784, 000 anni di storia del clima terrestre, che comprende gli ultimi otto cicli glaciali. "L'esperimento modello è unico perché gli studi precedenti coprivano solo un singolo periodo di tempo, tipicamente l'istantanea dell'ultimo massimo glaciale 21, 000 anni fa, o usavano modelli troppo semplici per catturare questi processi dell'Oceano Australe, "dice Tobias Friedrich, coautore dello studio. "Questo ci ha permesso per la prima volta di esaminare i tempi degli impatti del ghiaccio marino, oltre a valutarne l'entità." Il team ha utilizzato un modello separato per il ciclo del carbonio per quantificare gli impatti del ghiaccio marino e dei cambiamenti della circolazione oceanica sull'anidride carbonica atmosferica.
I loro risultati mostrano che il ghiaccio marino ha il maggiore impatto sullo stoccaggio del carbonio attraverso la formazione di Antarctic Bottom Water, guidando un prelievo di 30 ppm di CO . atmosferica 2 . "L'aumento della formazione di ghiaccio marino durante i periodi glaciali provoca un aumento della differenza di densità tra l'acqua del fondo e l'acqua sopra, " dice il dottor Axel Timmermann, co-autore dello studio e direttore dell'ICCP. "Maggiore è la differenza di densità tra due masse d'acqua, più difficile è mescolarli." La miscelazione ridotta significa che più carbonio può essere immagazzinato nelle profondità dell'oceano. questo processo è legato alla creazione di ghiaccio marino nell'Oceano Antartico, che può verificarsi all'inizio di un ciclo glaciale. Più tardi nel ciclo glaciale, il ghiaccio marino copre un'area sufficientemente ampia dell'Oceano Antartico da poter "tappare" il degassamento dell'anidride carbonica dall'acqua di risalita, provocando un'ulteriore riduzione di 10 ppm del livello nell'atmosfera.
"I risultati mostrano che il ghiaccio marino dell'Oceano Meridionale può rispondere rapidamente al raffreddamento del clima, cicli glaciali fortemente amplificati, " dice Karl Stein. Tuttavia, molto più lavoro deve essere fatto prima che il puzzle del ciclo del clima glaciale e del carbonio sia completo. "Ancora non sappiamo come si innesca il raffreddamento iniziale e la riduzione del carbonio atmosferico, ma pensiamo che sia correlato alla crescita delle calotte glaciali nell'emisfero settentrionale e ai corrispondenti cambiamenti nella salinità degli oceani, " spiega Axel Timmermann.
