L'Oceano Antartico che circonda l'Antartide è una regione in cui molte delle acque profonde ricche di carbonio del mondo possono risalire in superficie. Gli scienziati hanno pensato che le vaste distese di ghiaccio marino intorno all'Antartide possano fungere da coperchio per la risalita del carbonio, impedendo al gas di sfondare la superficie dell'oceano e tornare nell'atmosfera.

Però, i ricercatori del MIT hanno ora identificato un effetto di contrasto che suggerisce che il ghiaccio marino antartico potrebbe non essere un controllo così potente sul ciclo globale del carbonio come avevano sospettato gli scienziati.

In uno studio pubblicato nel numero di agosto della rivista Cicli biogeochimici globali , il team ha scoperto che in effetti, il ghiaccio marino nell'Oceano Antartico può fungere da barriera fisica per la risalita del carbonio. Ma può anche fungere da ombra, impedendo alla luce solare di raggiungere la superficie dell'oceano. La luce solare è essenziale per la fitosintesi, il processo mediante il quale il fitoplancton e altri microbi oceanici assorbono carbonio dall'atmosfera per crescere.

I ricercatori hanno scoperto che quando il ghiaccio marino blocca la luce solare, l'attività biologica e la quantità di carbonio che i microbi possono sequestrare dall'atmosfera diminuiscono in modo significativo. E sorprendentemente, questo effetto di ombreggiatura è quasi uguale e opposto a quello dell'effetto di copertura del ghiaccio marino. Presi insieme, entrambi gli effetti essenzialmente si annullano a vicenda.

"In termini di cambiamento climatico futuro, la prevista perdita di ghiaccio marino intorno all'Antartide potrebbe quindi non aumentare la concentrazione di carbonio nell'atmosfera, ", afferma l'autore principale Mukund Gupta, che ha svolto la ricerca come studente laureato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS).

Sottolinea che il ghiaccio marino ha altri effetti sul clima globale, soprattutto attraverso il suo albedo, o capacità di riflettere la radiazione solare.

"Quando la Terra si riscalda, perde il ghiaccio marino e assorbe più di questa radiazione solare, quindi in questo senso, la perdita di ghiaccio marino può accelerare il cambiamento climatico, " dice Gupta. "Quello che possiamo dire qui è, i cambiamenti del ghiaccio marino potrebbero non avere un effetto così forte sul degassamento del carbonio intorno all'Antartide attraverso questo effetto di copertura e ombra".

I coautori di Gupta sono il professor EAPS Michael "Mick" Follows, e il ricercatore EAPS Jonathan Lauderdale.

Il ruolo del ghiaccio

Ogni inverno, vaste aree dell'Oceano Antartico gelano, formando vaste lastre di ghiaccio marino che si estendono dall'Antartide per milioni di miglia quadrate. Il ruolo del ghiaccio marino antartico nella regolazione del clima e del ciclo del carbonio è stato molto dibattuto, anche se la teoria prevalente è stata che il ghiaccio marino può fungere da coperchio per impedire che il carbonio nell'oceano fuoriesca nell'atmosfera.

"Questa teoria è per lo più pensata nel contesto delle ere glaciali, quando la Terra era molto più fredda e il carbonio atmosferico era più basso, " dice Gupta. "Una delle teorie che spiegano questa bassa concentrazione di carbonio sostiene che poiché era più freddo, una spessa coltre di ghiaccio marino si estendeva ulteriormente nell'oceano, bloccando gli scambi di carbonio con l'atmosfera e intrappolandolo efficacemente nelle profondità dell'oceano".

Gupta e i suoi colleghi si sono chiesti se potesse essere in gioco anche un effetto diverso dal capping. Generalmente, i ricercatori hanno cercato di capire come varie caratteristiche e processi nell'oceano interagiscono con la biologia oceanica come il fitoplancton. Hanno ipotizzato che potrebbe esserci una minore attività biologica a causa del ghiaccio marino che blocca la luce solare vitale dei microbi, ma quanto sarebbe forte questo effetto di ombreggiatura?

Uguale e contrario

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno utilizzato il MITgcm, un modello di circolazione globale che simula i molti fisici, chimico, e processi biologici coinvolti nella circolazione dell'atmosfera e dell'oceano. Con MITgcm, hanno simulato una fetta verticale dell'oceano che si estende su 3, 000 chilometri di larghezza e circa 4, 000 metri di profondità, e con condizioni simili all'odierno Oceano Meridionale. Hanno quindi eseguito il modello più volte, ogni volta con una diversa concentrazione di ghiaccio marino.

"Al 100% di concentrazione, non ci sono perdite nel ghiaccio, ed è davvero compattato insieme, rispetto a concentrazioni molto basse che rappresentano banchi di ghiaccio sciolti e sparsi che si muovono, "Spiega Gupta.

Impostano ogni simulazione su uno dei tre scenari:uno in cui è attivo solo l'effetto capping, e il ghiaccio marino sta solo influenzando il ciclo del carbonio impedendo al carbonio di fuoriuscire nell'atmosfera; un altro dove è attivo solo l'effetto di ombreggiatura, e il ghiaccio marino sta solo impedendo alla luce solare di penetrare nell'oceano; e l'ultimo in cui sono in gioco sia gli effetti di copertura che di ombreggiatura.

Per ogni simulazione, i ricercatori hanno osservato come le condizioni che hanno impostato hanno influenzato il flusso di carbonio complessivo, o quantità di carbonio che è sfuggita dall'oceano all'atmosfera.

Hanno scoperto che il capping e l'ombreggiatura hanno effetti opposti sul ciclo del carbonio, riducendo la quantità di carbonio nell'atmosfera nel primo caso e aumentandola nel secondo, per importi uguali. Negli scenari in cui sono stati considerati entrambi gli effetti, l'uno annullava quasi del tutto l'altro, attraverso un'ampia gamma di concentrazioni di ghiaccio marino, portando a nessun cambiamento significativo nel flusso di carbonio. Solo quando il ghiaccio marino era alla sua massima concentrazione il capping ha avuto il vantaggio, con una diminuzione del carbonio che fuoriesce nell'atmosfera.

I risultati suggeriscono che il ghiaccio marino antartico può effettivamente intrappolare il carbonio nell'oceano, ma solo quando quella coltre di ghiaccio è molto estesa e spessa. Altrimenti, sembra che l'effetto di ombreggiatura del ghiaccio marino sugli organismi sottostanti possa contrastare il suo effetto di copertura.

"Se si considera solo la fisica e il puro capping, o idea barriera al carbonio, sarebbe un modo incompleto di pensarci, " Gupta dice. "Questo dimostra che abbiamo bisogno di capire di più la biologia sotto il ghiaccio marino e come sia alla base di questo effetto".