Questa specie di diatomee, Fragilariopsis kerguelensis, è un'alga galleggiante che è abbondante nell'Oceano Antartico ed è stata la specie principale nei campioni raccolti per lo studio della Princeton University e del Max Planck Institute for Chemistry. Questi organismi microscopici vivono vicino alla superficie del mare, poi muori e sprofondi sul fondo del mare. Gli isotopi di azoto nei loro gusci variano con la quantità di azoto inutilizzato nell'acqua di superficie. I ricercatori lo hanno usato per tracciare le concentrazioni di azoto nelle acque superficiali dell'Antartico negli ultimi 150 anni, 000 anni, coprendo due ere glaciali e due periodi interglaciali caldi. Crediti:Philipp Assmy (Istituto Polare Norvegese) e Marina Montresor (Stazione Zoologica Anton Dohrn)
Gli ultimi milioni di anni della storia della Terra sono stati caratterizzati da frequenti "cicli glaciali-interglaciali, "grandi sbalzi climatici legati alla crescita e al restringimento di massicci, calotte glaciali continentali. Questi cicli sono innescati da sottili oscillazioni nell'orbita e nella rotazione della Terra, ma le oscillazioni orbitali sono troppo sottili per spiegare i grandi cambiamenti climatici.
"La causa delle ere glaciali è uno dei grandi problemi irrisolti nelle geoscienze, " ha detto Daniel Sigman, il Dusenbury Professor di Scienze Geologiche e Geofisiche. "Spiegare questo fenomeno climatico dominante migliorerà la nostra capacità di prevedere i futuri cambiamenti climatici".
Negli anni '70, scienziati hanno scoperto che la concentrazione dell'anidride carbonica atmosferica gas serra (CO 2 ) era inferiore di circa il 30% durante le ere glaciali. Ciò ha portato a teorie secondo cui la diminuzione della CO . atmosferica 2 livelli è un ingrediente chiave nei cicli glaciali, ma le cause della CO 2 cambiamento rimasto sconosciuto. Alcuni dati suggeriscono che, durante le ere glaciali, CO 2 era intrappolato nell'oceano profondo, ma la ragione di ciò è stata discussa.
Ora, una collaborazione internazionale guidata da scienziati dell'Università di Princeton e del Max Planck Institute for Chemistry (MPIC) ha trovato prove che indicano che durante le ere glaciali, i cambiamenti nelle acque superficiali dell'Oceano Antartico hanno lavorato per immagazzinare più CO 2 nell'oceano profondo. Utilizzando carote di sedimenti dall'Oceano Antartico, i ricercatori hanno generato registrazioni dettagliate della composizione chimica della materia organica intrappolata nei fossili di diatomee, alghe galleggianti che crescevano nelle acque superficiali, poi morì e affondò sul fondo del mare. Le loro misurazioni forniscono prove di riduzioni sistematiche della risalita del vento nell'Oceano Antartico durante le ere glaciali. La ricerca compare nell'attuale numero della rivista Scienza .
Per decenni, i ricercatori hanno saputo che la crescita e l'affondamento delle alghe marine pompano CO 2 nel profondo dell'oceano, un processo spesso denominato "pompa biologica". La pompa biologica è azionata principalmente dal tropicale, oceani subtropicali e temperati ed è inefficiente più vicino ai poli, dove CO 2 viene scaricato nell'atmosfera dalla rapida esposizione delle acque profonde alla superficie. Il peggior colpevole è l'Oceano Antartico:i forti venti da est che circondano il continente antartico tirano CO 2 -ricche acque profonde fino alla superficie, "che perde" CO 2 all'atmosfera.
Il potenziale per una riduzione della risalita del vento per mantenere più CO 2 nell'oceano, e quindi per spiegare la CO . atmosferica dell'era glaciale 2 prelievo, è stato anche riconosciuto per decenni. Fino ad ora, però, gli scienziati non hanno avuto un modo per testare in modo inequivocabile un tale cambiamento.
La collaborazione Princeton-MPIC ha sviluppato un tale approccio, usando minuscole diatomee. Le diatomee sono alghe galleggianti che crescono abbondantemente nelle acque superficiali dell'Antartico, e i loro gusci di silice si accumulano nei sedimenti del mare profondo. Gli isotopi di azoto nei gusci delle diatomee variano con la quantità di azoto inutilizzato nell'acqua di superficie. Il team di Princeton-MPIC ha misurato i rapporti isotopici di azoto della materia organica in tracce intrappolata nelle pareti minerali di questi fossili, che ha rivelato l'evoluzione delle concentrazioni di azoto nelle acque superficiali antartiche negli ultimi 150, 000 anni, coprendo due ere glaciali e due periodi interglaciali caldi.
"L'analisi degli isotopi di azoto intrappolati nei fossili come le diatomee rivela la concentrazione di azoto superficiale in passato, " ha detto Ellen Ai, primo autore dello studio e uno studente laureato di Princeton che lavora con Sigman e con i gruppi di Alfredo Martínez-García e Gerald Haug all'MPIC. "L'acqua profonda ha alte concentrazioni di azoto su cui fanno affidamento le alghe. Maggiore è la risalita che si verifica nell'Antartico, maggiore è la concentrazione di azoto nelle acque superficiali. Quindi i nostri risultati ci hanno anche permesso di ricostruire i cambiamenti di risalita antartica".
Questa specie di diatomee, Fragilariopsis kerguelensis, è un'alga galleggiante che è abbondante nell'Oceano Antartico ed è stata la specie principale nei campioni raccolti per lo studio della Princeton University e del Max Planck Institute for Chemistry. Questi organismi microscopici vivono vicino alla superficie del mare, poi muori e sprofondi sul fondo del mare. Gli isotopi di azoto nei loro gusci variano con la quantità di azoto inutilizzato nell'acqua di superficie. I ricercatori lo hanno usato per tracciare le concentrazioni di azoto nelle acque superficiali dell'Antartico negli ultimi 150 anni, 000 anni, coprendo due ere glaciali e due periodi interglaciali caldi. Credito:(c) Michael Kloster, Istituto Alfred-Wegener
I dati sono stati resi più potenti da un nuovo approccio per datare i sedimenti antartici. La variazione della temperatura dell'acqua superficiale è stata ricostruita nelle carote di sedimento e confrontata con le registrazioni della temperatura dell'aria nelle carote di ghiaccio antartiche.
"Questo ci ha permesso di collegare molte caratteristiche nel record di azoto di diatomee a cambiamenti climatici e oceanici coincidenti da tutto il mondo, ", ha detto Martínez-García. "In particolare, ora siamo in grado di definire i tempi del declino crescente, quando il clima inizia a raffreddarsi, oltre a collegare i cambiamenti di risalita nell'Antartico con le rapide oscillazioni climatiche durante le ere glaciali".
Questo tempismo più preciso ha permesso ai ricercatori di concentrarsi sui venti come il fattore chiave dei cambiamenti di risalita.
Le nuove scoperte hanno anche permesso ai ricercatori di districare come i cambiamenti nella risalita antartica e nella CO . atmosferica 2 sono legati agli inneschi orbitali dei cicli glaciali, avvicinando gli scienziati a una teoria completa sull'origine delle ere glaciali.
"I nostri risultati mostrano che la CO . atmosferica guidata dalla risalita 2 il cambiamento era centrale per i cicli, ma non sempre nel modo in cui molti di noi avevano ipotizzato, " disse Sigman. "Per esempio, piuttosto che accelerare la discesa nelle ere glaciali, La risalita antartica ha causato CO 2 cambiamenti che hanno prolungato i climi più caldi”.
Le loro scoperte hanno anche implicazioni per prevedere come l'oceano risponderà al riscaldamento globale. I modelli al computer hanno prodotto risultati ambigui sulla sensibilità dei venti polari ai cambiamenti climatici. L'osservazione da parte dei ricercatori di una maggiore intensificazione della risalita del vento nell'Oceano Antartico durante i periodi caldi del passato suggerisce che la risalita si rafforzerà anche durante il riscaldamento globale. È probabile che la risalita più forte dell'Antartico acceleri l'assorbimento del calore da parte dell'oceano a causa del riscaldamento globale in corso, mentre incide anche sulle condizioni biologiche dell'Oceano Antartico e del ghiaccio sull'Antartide.
"Le nuove scoperte suggeriscono che l'atmosfera e l'oceano intorno all'Antartide cambieranno notevolmente nel prossimo secolo, " disse Ai. "Tuttavia, perché il CO 2 dalla combustione di combustibili fossili è unico per i tempi attuali, è necessario più lavoro per capire come i cambiamenti dell'Oceano Antartico influenzeranno la velocità con cui l'oceano assorbe questa CO 2 ."
"Risalita dell'Oceano Meridionale, obliquità della Terra, e CO . atmosferica glaciale-interglaciale 2 cambiamento" di Xuyuan Ellen Ai, Anja S. Studer, Daniel M. Sigman, Alfredo Martínez-Garcia, Francesco Fripiat, Lena M. Thöle, Elisabetta Michel, Julia Gottschalk, Laura Arnold, Simone Moretti, Mareike Schmitt, Sergey Oleynik, Samuel L. Jaccard e Gerald H. Haug compaiono nel numero dell'11 dicembre di Scienza .
