Un nuovo studio dell'USC mette i microbi oceanici sotto una nuova luce con importanti implicazioni per il riscaldamento globale.

Lo studio, pubblicato martedì in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , fornisce un metodo di contabilità universale per misurare come la materia a base di carbonio si accumula e cicli nell'oceano. Mentre le teorie in competizione sono state spesso discusse, il nuovo quadro computazionale riconcilia le differenze e spiega come gli oceani regolano il carbonio organico nel tempo.

Sorprendentemente, la maggior parte dell'azione che coinvolge il carbonio non si verifica nel cielo ma sotto i piedi e sotto il mare. Le piante della Terra, gli oceani e il fango immagazzinano cinque volte più carbonio dell'atmosfera. Si accumula negli alberi e nel terreno, alghe e sedimenti, microrganismi e acqua di mare.

"L'oceano è un enorme serbatoio di carbonio con il potenziale per mitigare o migliorare il riscaldamento globale, " disse Noemi Levine, autore senior dello studio e assistente professore nel dipartimento di scienze biologiche presso l'USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze. "Il ciclo del carbonio è fondamentale per comprendere il clima globale perché imposta la temperatura, che a sua volta determina i modelli climatici e meteorologici. Prevedendo come funzionano il ciclo e lo stoccaggio del carbonio, possiamo capire meglio come cambierà il clima in futuro".

I processi che regolano il modo in cui la materia organica - la materia vegetale e animale in decomposizione nell'ambiente simile al materiale che i giardinieri aggiungono al suolo - si accumula sono fondamentali per il ciclo del carbonio della Terra. Però, gli scienziati non hanno buoni strumenti per prevedere quando e come si accumula la materia organica. Questo è un problema perché una migliore riconciliazione del carbonio organico può informare i modelli informatici che prevedono il riscaldamento globale e supportano la politica pubblica.

Il nuovo quadro USC può misurare gli aumenti del carbonio organico nell'oceano

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno offerto tre teorie in competizione per spiegare come si accumula la materia organica, e ognuno ha i suoi limiti. Per esempio, un'idea è che una certa materia organica è intrinsecamente persistente, simile a una buccia d'arancia. A volte il carbonio è troppo diluito, quindi i microbi non possono individuarlo e mangiarlo, come se stessero cercando di trovare una singola gelatina gialla in un barattolo pieno di quelle bianche. E qualche volta, il microbo giusto non è nel posto giusto al momento giusto per intercettare la materia organica a causa delle condizioni ambientali.

Mentre ogni teoria spiega alcune osservazioni, lo studio dell'USC mostra come questo nuovo quadro possa fornire un quadro molto più completo e spiegare le dinamiche ecologiche importanti per l'accumulo di materia organica nell'oceano. La soluzione ha ampia utilità.

Per esempio, può aiutare a interpretare i dati da qualsiasi condizione nell'oceano. Quando è collegato a un modello di ecosistema completo, il quadro tiene conto di diversi tipi di microbi, temperatura dell'acqua, nutrienti, tassi di riproduzione, sole e calore, profondità dell'oceano e altro ancora. Grazie alla sua capacità di rappresentare diverse condizioni ambientali in tutto il mondo, il modello può prevedere come si accumulerà il carbonio organico in vari scenari complessi, uno strumento potente in un momento in cui gli oceani si stanno riscaldando e la Terra sta cambiando rapidamente.

"Prevedere il motivo per cui il carbonio organico si accumula è stata una sfida irrisolta, " ha detto Emily Zakem, un co-autore dello studio e borsista post-dottorato presso la USC Dornsife. "Mostriamo che l'accumulo di carbonio può essere previsto utilizzando questo quadro computazionale".

Valutare il passato e il futuro degli oceani della Terra

Lo strumento può anche essere potenzialmente utilizzato per modellare le condizioni oceaniche del passato come predittore di ciò che potrebbe essere in serbo per la Terra mentre il pianeta si riscalda in gran parte a causa delle emissioni di gas serra provocate dall'uomo.

Nello specifico, il modello è in grado di osservare come i microbi marini possono capovolgere il bilancio mondiale del carbonio. Lo strumento può mostrare come i microbi elaborano la materia organica nella colonna d'acqua durante un dato anno, così come in tempi millenari. Usando quella funzione, il modello conferma, come è stato previsto in precedenza, che i microbi consumeranno più materia organica e la rilasceranno sotto forma di anidride carbonica man mano che l'oceano si riscalda, che alla fine aumenterà le concentrazioni di carbonio atmosferico e aumenterà il riscaldamento. Inoltre, lo studio dice che questo fenomeno può verificarsi rapidamente, in modo non lineare, una volta raggiunta una soglia, una possibile spiegazione per alcuni degli estremi climatici avvenuti nel lontano passato della Terra.

"Questo suggerisce che i cambiamenti climatici, come il riscaldamento, può comportare grandi cambiamenti nelle riserve di carbonio organico e che ora possiamo generare ipotesi su quando ciò potrebbe verificarsi, " Disse Levi.

Finalmente, il documento di ricerca afferma che il nuovo strumento può modellare il modo in cui il carbonio si muove attraverso il suolo e i sedimenti nell'ambiente terrestre, pure, sebbene tali applicazioni non facessero parte dello studio.