Senza ossigeno disciolto per sostenere animali o piante, le zone anossiche oceaniche sono aree in cui possono vivere solo microbi adatti all'ambiente.

"Non prendi pesci grossi, "Ha detto il biogeochimico della UC Santa Barbara Morgan Raven. "Non hai nemmeno lo zooplancton carismatico." Ma sebbene gli oceani anossici possano sembrare estranei a organismi come noi che respirano ossigeno, sono pieni di vita, lei disse.

Questi strani ecosistemi si stanno espandendo, grazie al cambiamento climatico, uno sviluppo che preoccupa la pesca e chiunque faccia affidamento su oceani ricchi di ossigeno. Ma ciò che suscita l'interesse di Raven è la chimica mutevole degli oceani, il più grande pozzo di carbonio della Terra, e il modo in cui potrebbe spostare il carbonio dall'atmosfera ai serbatoi a lungo termine come le rocce.

"Cosa succede al nostro ciclo del carbonio quando otteniamo queste vaste aree dell'oceano che sono prive di ossigeno?" lei disse. Questa domanda è stata al centro della ricerca condotta da Raven e dai colleghi Rick Keil (Università di Washington) e Samuel Webb (Stanford Linear Accelerator Laboratory) in un articolo pubblicato sulla rivista Scienza .

'Una ruota che gira'

Negli oceani ricchi di ossigeno, il carbonio viene spostato in gran parte dai processi della rete alimentare che iniziano con il fitoplancton che fissa l'anidride carbonica e che effettua la fotosintesi sulla superficie dell'acqua.

"Il più delle volte vengono semplicemente mangiati dallo zooplancton, " disse Raven. Ma se non vengono mangiati da animali più grandi, si dirigono verso le profondità dove respirano anidride carbonica ed espellono carbonio organico.

"È come una ruota che gira—CO ₂ va al plancton, va a CO ₂ , " disse Corvo.

In assenza di zooplancton e pesci, però, più del carbonio organico che affonda può sopravvivere e depositarsi in profondità, lei disse. Infatti, i sedimenti sotto queste zone anossiche hanno generalmente più depositi di carbonio organico rispetto alle loro controparti ricche di ossigeno. Ma, secondo i ricercatori, ci manca una "piena comprensione meccanicistica" di come ciò avvenga.

"E 'stato un po' un mistero, " disse Corvo.

Il team aveva un indizio sotto forma di un'ipotesi formulata circa un decennio fa dal geologo dell'Università della Danimarca meridionale Don Canfield e dai suoi colleghi.

"Hanno tirato fuori l'idea che forse all'interno di queste zone, i microbi stanno ancora mangiando carbonio organico, ma solfato che respira, " disse Raven. Chiamato "ciclo criptico dello zolfo, " l'idea era alquanto difficile da accettare in gran parte perché i prodotti di questa riduzione microbica del solfato (MSR) erano difficili da rilevare, e perché altri composti nella zona, come i nitrati, erano più energeticamente favorevoli a metabolizzare.

Però, secondo lo studio, "Esistono prove molecolari e geochimiche emergenti che suggeriscono che MSR può verificarsi in (zone carenti di ossigeno) nonostante l'abbondanza di nitrati disciolti".

I ricercatori hanno testato se questo processo enigmatico potrebbe nascondersi all'interno di grandi (> 1mm), particelle organiche che affondano rapidamente raccogliendo particelle dalla zona carente di ossigeno del Pacifico settentrionale tropicale orientale, approssimativamente situato al largo della costa nord-occidentale del Messico.

"È davvero solo questo polimerico, roba appiccicosa, " Raven ha detto delle aggregazioni di fitoplancton per lo più morto, feci, altri piccoli organismi e pezzetti di sabbia e argilla che si incollano tra loro in una matrice "soffice". La raccolta di queste particelle è di per sé un risultato per i ricercatori che setacciano i vasti oceani per relativamente piccoli, particelle diffuse.

"I miei colleghi dell'Università di Washington avevano questo dispositivo di raccolta che era davvero la cosa che ha permesso di farlo, " ha detto. Le particelle raccolte sono state inviate alla Stanford Synchotron Radiation Lightsource per l'analisi.

Fitoplancton sottaceto

Risultati dell'analisi, come prove della produzione di zolfo organico all'interno dei campioni, dimostrare quello che Raven chiama un "decapaggio" del fitoplancton morto, mentre affondano attraverso l'area anossica.

"Il fitoplancton cresce nella superficie dell'oceano, ma a causa della gravità, affondano, " disse. Mentre cadono attraverso la regione anossica, questi aggregati organici subiscono una solforazione, che ha l'effetto di schermare il carbonio al suo interno da enzimi o altre sostanze che altrimenti li consumerebbero.

"Anche quando arriva al sedimento, i batteri non possono mangiare queste particelle organiche, " ha osservato Raven. E proprio come i sottaceti che conosciamo e amiamo, il processo di conservazione rende la particella organica resistente ai batteri, lei disse, il che potrebbe spiegare perché si trova più carbonio organico nei sedimenti al di sotto delle zone oceaniche anossiche.

Solforazione di particelle di carbonio organico in zone oceaniche anossiche, mentre recentemente confermato negli oceani moderni, è in realtà un processo antico, Raven ha spiegato.

"È lo stesso processo che può anche fare il petrolio, " lei disse, sottolineando che dove si trovano i giacimenti petroliferi, così, pure, è zolfo. Questo processo potrebbe essere stato diffuso durante il periodo Cretaceo (da 145,5 a 65,5 milioni di anni fa), quando la Terra era costantemente tropicale e l'oceano era soggetto a eventi geologici e di estinzione di massa che portavano al seppellimento di enormi quantità di carbonio, e acque anossiche in tutto l'Atlantico.

"Quello che non sapevamo è se questo stesse accadendo anche in questi ambienti moderni meno estremi, " disse Corvo.

Ciò che resta da vedere è come queste crescenti zone impoverite di ossigeno interagiranno con il cambiamento climatico.

"Potenzialmente, man mano che queste zone si espandono, potrebbe esserci un feedback negativo, più CO ₂ nell'atmosfera fa temperature più alte, che rende queste zone più grandi, " Ha detto Raven. "Queste zone più grandi poi intrappolano più CO ₂ e mettilo nei sedimenti e nelle rocce." Questo feedback potrebbe aiutare la Terra a bilanciare il suo ciclo del carbonio nel tempo, lei disse, "ma abbiamo bisogno di sapere come questo si collega a tutto il resto."