L'Oceano Australe ha svolto un ruolo fondamentale nel rapido aumento dell'anidride carbonica atmosferica durante l'ultima deglaciazione avvenuta il 20, 000 a 10, 000 anni fa, secondo un nuovo rapporto del geochimico del Boston College Xingchen (Tony) Wang e un team internazionale nell'edizione online di Progressi scientifici .

In questo nuovo studio, Wang e i suoi coautori hanno analizzato fossili di corallo di acque profonde da 20, 000 a 10, 000 anni fa, quando l'anidride carbonica atmosferica era in aumento.

Esaminando le firme chimiche di azoto e carbonio nei fossili di corallo, i ricercatori hanno rivelato che il sequestro del carbonio oceanico è diminuito poiché il fitoplancton non è riuscito a divorare i macronutrienti forniti dalle correnti ascendenti nell'Oceano Antartico e intrappolare l'anidride carbonica nelle profondità dell'oceano.

Poiché i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera aumentano a causa delle attività umane, dominate dal consumo di combustibili fossili, i risultati sollevano interrogativi sulla capacità dell'oceano di assorbire l'anidride carbonica antropogenica e sulle conseguenze ambientali, compreso il riscaldamento globale, innalzamento del livello del mare, e incendi più frequenti, secondo Wang.

Per tutta l'anidride carbonica emessa dalle attività umane dalla rivoluzione industriale, circa il 50 per cento è rimasto nell'atmosfera, con circa un quarto assorbito dall'oceano e circa il 25% sequestrato dall'ecosistema terrestre. Per prevedere meglio il destino dell'anidride carbonica antropogenica in futuro, Wang e i suoi collaboratori hanno esaminato le variazioni passate nell'anidride carbonica atmosferica prima di qualsiasi attività umana significativa, da 20, 000 a 10, 000 anni fa, quando la Terra stava uscendo dall'ultima era glaciale.

"Una comprensione più chiara delle variazioni dell'anidride carbonica nel passato fornisce importanti spunti sul destino dell'anidride carbonica antropogenica in futuro, " ha detto Wang, professore a contratto presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente.

Studiando le bolle d'aria intrappolate nel ghiaccio antico dell'Antartico, gli scienziati hanno scoperto che la concentrazione atmosferica di anidride carbonica durante le ere glaciali era di circa il 30% inferiore al livello preindustriale. Questo livello di anidride carbonica più basso ha incoraggiato la crescita di grandi lastre di ghiaccio in Nord America e ha raffreddato la Terra dell'era glaciale. Però, ci sono stati accesi dibattiti sul perché la concentrazione di anidride carbonica fosse più bassa durante le ere glaciali. In un precedente studio condotto da Wang, ha trovato forti prove che suggeriscono che l'Oceano Antartico era in gran parte responsabile delle minori concentrazioni di anidride carbonica durante le ere glaciali.

Crescita del fitoplancton nell'oceano, supportato da macronutrienti azoto e fosforo, assimila l'anidride carbonica dall'atmosfera e la trasforma in carbonio organico. Quando questi organismi muoiono, la loro biomassa affonda nell'oceano profondo e si decompone in anidride carbonica. Questo processo, chiamata la "pompa biologica", trasferisce l'anidride carbonica dall'atmosfera e dall'oceano di superficie nell'oscurità, oceano profondo. Nella maggior parte dell'oceano moderno, il fitoplancton consuma tutti i nutrienti forniti all'oceano illuminato dal sole e la "pompa biologica" raggiunge la sua massima efficienza. Però, nell'Oceano Meridionale, la crescita del fitoplancton è limitata dall'apporto del ferro nutriente chiave, così come la luce del sole. Di conseguenza, grandi quantità di azoto e fosforo rimangono in questa regione oceanica, rappresenta un'opportunità sprecata per il sequestro dell'anidride carbonica atmosferica.

Analizzando la composizione isotopica dell'azoto nei fossili di corallo di acque profonde, Wang ha scoperto che la pompa biologica nell'Oceano Antartico era più efficiente durante l'ultima era glaciale, sequestrando più anidride carbonica dall'atmosfera e riducendo così la concentrazione di anidride carbonica atmosferica.

L'azoto ha due isotopi stabili, Azoto-14 e Azoto-15, con Nitrogen-15 che rappresenta circa lo 0,4 percento degli atomi di azoto totali in natura. Le piccole variazioni nei rapporti tra azoto-15 e azoto-14 nei campioni naturali contengono informazioni utili sul ciclo dell'azoto nell'oceano. Per esempio, quando il fitoplancton assimila l'azoto per costruire la propria biomassa, preferiscono l'azoto-14 all'azoto-15, lasciandosi dietro azoto che si arricchisce di azoto-15.

Wang ha precedentemente sviluppato un metodo altamente sensibile e preciso per misurare i rapporti degli isotopi di azoto nello scheletro del corallo con uno spettrometro di massa. Questa capacità gli ha permesso di misurare la composizione isotopica dell'azoto nei fossili di corallo di acque profonde dell'Oceano Antartico.

"I coralli di acque profonde sono un meraviglioso archivio per studiare la storia dell'oceano. Li puoi trovare in molti posti nelle profondità oceaniche. E le loro età possono essere conosciute con molta precisione usando metodi di datazione radiometrica, ", ha detto Tao Li dell'Università di Nanchino, primo autore del nuovo studio, intitolato "Rapidi cambiamenti nella circolazione e biogeochimica dell'Oceano Antartico durante gli eventi del ciclo del carbonio deglaciale".

In questo nuovo studio, Wang e i suoi coautori si sono concentrati su fossili di corallo di acque profonde ben datati da 20, 000 a 10, 000 anni fa, quando l'anidride carbonica atmosferica stava aumentando dal livello dell'era glaciale al livello preindustriale. L'età precisa dei fossili di corallo di acque profonde ha permesso di confrontare direttamente i cambiamenti nell'Oceano Antartico con il record di anidride carbonica dalle carote di ghiaccio in Antartide.

"Se osservi attentamente il record di anidride carbonica durante la deglaciazione, vedrai che ci sono alcuni salti improvvisi, " ha detto Wang. "Ognuno di questi salti è un aumento di 10-15 parti per milione di anidride carbonica in 100-200 anni. È abbastanza veloce, ma non abbiamo capito bene perché siano avvenuti questi salti".

I nuovi dati dai fossili di corallo di acque profonde, compresi gli isotopi di azoto e il radiocarbonio, suggeriscono che l'Oceano Antartico sia stato anche la causa principale di questi rapidi salti di anidride carbonica 20, 000-10, 000 anni fa. Quando si verificarono questi rapidi cambiamenti di anidride carbonica, la pompa biologica nell'Oceano Antartico era meno efficiente e la ventilazione dell'Oceano Antartico era più veloce, lo studio ha trovato.

"Però, va notato che l'attuale aumento di anidride carbonica antropogenico è almeno 10 volte più veloce di questi rapidi salti naturali di anidride carbonica durante l'ultima deglaciazione. Stiamo cambiando il nostro pianeta a un ritmo senza precedenti, " ha detto Wang.

Wang ha detto che ha intenzione di continuare la sua ricerca sulle passate variazioni di anidride carbonica atmosferica utilizzando coralli di acque profonde.

"È molto eccitante raccogliere coralli di acque profonde utilizzando veicoli azionati a distanza, " ha detto Wang. "Abbiamo in programma di andare al margine del Brasile per la prossima fase della nostra ricerca".