Soprattutto le aree costiere e i margini continentali sono confini molto attivi per i cambiamenti nell'acqua di mare rispetto ad alcuni rapporti elementari. Credito:Fernando Jorge
I rapporti compositivi di elementi come magnesio, il calcio o lo stronzio nell'acqua di mare sono un mezzo importante per la ricostruzione dei processi oceanici del passato. Finora si è ipotizzato che questi rapporti siano costanti per lunghi periodi di tempo e su vaste aree. Però, uno studio condotto dalla Kiel University (CAU) e dal GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel mostra che i rapporti tra gli elementi importanti negli oceani di oggi sono molto più variabili di quanto si pensasse in precedenza. Questa scoperta solleva anche interrogativi sulla ricostruzione della storia dell'oceano. Lo studio è stato pubblicato ieri sulla rivista internazionale Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).
Per comprendere i cambiamenti attuali nel sistema oceanico ed essere in grado di prevedere quelli futuri, uno sguardo al passato potrebbe aiutare. Ma i dati della misurazione diretta della composizione dell'acqua di mare difficilmente risalgono a 150 anni fa. Per ottenere informazioni dai tempi più antichi, gli scienziati utilizzano archivi naturali che indirettamente ci danno informazioni sui processi negli oceani in quel momento. Determinazione dei rapporti di alcuni elementi nell'acqua di mare, per esempio magnesio in calcio o stronzio in calcio, è uno strumento importante in questo contesto. Questi rapporti vengono "congelati" negli scheletri carbonatici di organismi come foraminiferi o coralli e quindi consentono di trarre importanti conclusioni sulle temperature dell'acqua di mare e altre condizioni ambientali in passato.
Fino ad ora, è stato ipotizzato che questi rapporti elementari negli oceani siano relativamente costanti e che cambino solo molto lentamente nel corso di milioni di anni. Ora, un team di ricerca internazionale guidato dalla Kiel University (CAU) e dal GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel sotto l'egida del Future Ocean Network ha ricontrollato questa ipotesi in uno studio completo. "Abbiamo scoperto che la variabilità dei rapporti magnesio-calcio e stronzio-calcio nelle acque oceaniche odierne può variare significativamente da ecosistema a ecosistema. Poiché in precedenza era stata ipotizzata una composizione ampiamente uniforme in tutto l'oceano, sorge la domanda se un effetto ambientale è stato trascurato, "dice il dottor Mario Lebrato, che ha avviato lo studio mentre lavorava presso l'Istituto di Geoscienze della CAU.
Il margine terra-oceano è una zona attiva per il trasferimento di elementi chimici, in particolare, particelle eoliche, così come le masse d'acqua influenzate dall'azione delle maree e dagli apporti fluviali. In questo caso, la terra-oceano dell'Arcipelago Bazaruto, nell'Oceano Indiano, è un sistema complesso che comprende dune di sabbia, oceano aperto, barriere coralline, e praterie di alghe, che aggiungono complessità ai rapporti misurati nelle masse d'acqua del margine continentale. Credito:Mario Lebrato
Un dispositivo utilizzato per raccogliere acque profonde, chiamato rosetta CTD, essere distribuito per raccogliere campioni di acque profonde dell'Oceano Atlantico nel Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS). Credito:Mario Lebrato
Per lo studio, scienziati di più di dieci paesi hanno raccolto e successivamente analizzato 1100 campioni in 14 diversi ecosistemi dalla superficie dell'acqua a 6000 metri di profondità in 79 spedizioni navali in tutto il mondo per un periodo di nove anni. I risultati sono rilevanti sia per la ricostruzione della storia degli oceani che per la comprensione degli attuali processi biogeochimici.
"Per la ricostruzione delle temperature dell'acqua di mare in epoche precedenti della storia della Terra sono stati assunti rapporti elementali ben definiti e costanti nell'acqua di mare. Nel nostro laboratorio, abbiamo sviluppato speciali protocolli analitici per determinare questi rapporti con incertezze molto piccole. I nostri nuovi dati ad alta precisione ora mostrano che questa ipotesi non è sempre corretta, " afferma il co-autore Dr. Dieter Garbe-Schönberg, capo dei laboratori di geochimica degli elementi in traccia presso l'Istituto di Geoscienze della CAU.
Questo grafico mostra i dati dei rapporti degli elementi nei 250 metri superiori dell'oceano. I colori mostrano la varietà di questi rapporti. Credito:Mario Lebrato
"È emozionante vedere differenze spaziali così grandi nei rapporti elementari nell'oceano moderno. Questi risultati sono difficili da abbinare con le nostre attuali idee di trasporto e miscelazione di masse d'acqua e, perciò, rappresentare una sfida per i modellisti oceanici per conciliare questi modelli con ciò che sappiamo sulla fisica oceanica e sui pozzi e le fonti di questi elementi chimici, " aggiunge il Prof. Dr. Andreas Oschlies, capo del Dipartimento di modellazione biogeochimica presso GEOMAR e anche coautore dello studio.
I ricercatori devono ora capire cosa causa l'attuale variabilità dei rapporti elementari e quali effetti ha. "Se abbiamo una profonda comprensione dei meccanismi sottostanti, saremo in grado di utilizzare meglio i rapporti elementari per diverse discipline e questioni scientifiche marine, "Il dottor Lebrato sottolinea, che ora lavora presso il Centro di Studi Scientifici Bazaruto in Mosambico, in vista del futuro. Ciò è particolarmente rilevante per le regioni marine vicine alla costa e alle alte latitudini delle regioni subpolari. Qui, i metodi utilizzati per ricostruire le temperature oceaniche in passato devono essere corretti rispetto agli ecosistemi regionali.
