Gli oceani del mondo sono un vasto deposito di gas, compresi i clorofluorocarburi che riducono lo strato di ozono, o CFC. Assorbono questi gas dall'atmosfera e li attirano nel profondo, dove possono rimanere sequestrati per secoli e più.

I CFC marini sono stati a lungo utilizzati come traccianti per studiare le correnti oceaniche, ma si presumeva che il loro impatto sulle concentrazioni atmosferiche fosse trascurabile. Ora, I ricercatori del MIT hanno scoperto i flussi oceanici di almeno un tipo di CFC, noto come CFC-11, influiscono infatti sulle concentrazioni atmosferiche. In uno studio apparso oggi su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , il team riferisce che l'oceano globale invertirà il suo ruolo di lunga data di pozzo per la potente sostanza chimica che riduce l'ozono.

I ricercatori prevedono che entro il 2075, gli oceani emetteranno più CFC-11 nell'atmosfera di quanto ne assorbano, emettendo quantità rilevabili della sostanza chimica entro il 2130. Inoltre, con l'aumento del cambiamento climatico, questo cambiamento avverrà 10 anni prima. Le emissioni di CFC-11 dall'oceano prolungheranno efficacemente il tempo medio di permanenza della sostanza chimica, facendolo rimanere nell'atmosfera cinque anni più a lungo di quanto farebbe altrimenti. Ciò potrebbe influire sulle stime future delle emissioni di CFC-11.

I nuovi risultati possono aiutare scienziati e responsabili politici a individuare meglio le fonti future della sostanza chimica, che è ora vietato in tutto il mondo dal Protocollo di Montreal.

"Quando arrivi alla prima metà del 22° secolo, avrai abbastanza di un flusso che esce dall'oceano che potrebbe sembrare che qualcuno stia tradendo il protocollo di Montreal, ma invece, potrebbe essere solo ciò che sta uscendo dall'oceano, ", afferma la coautrice dello studio Susan Solomon, il professore di studi ambientali di Lee e Geraldine Martin nel Dipartimento della Terra del MIT, Scienze dell'atmosfera e planetarie. "È una previsione interessante e, si spera, aiuterà i futuri ricercatori a evitare di confondersi su ciò che sta accadendo".

I coautori di Solomon includono l'autore principale Peidong Wang, Jeffrey Scott, John Marshall, Andrea Babin, Megan Lickley, e Ronald Prinn del MIT; David Thompson della Colorado State University; Timothy DeVries dell'Università della California a Santa Barbara; e Qing Liang del Goddard Space Flight Center della NASA.

Un oceano, sovrasaturato

CFC-11 è un clorofluorocarburo comunemente usato per produrre refrigeranti e schiume isolanti. Quando emesso nell'atmosfera, la sostanza chimica innesca una reazione a catena che alla fine distrugge l'ozono, lo strato atmosferico che protegge la Terra dalle radiazioni ultraviolette dannose. Dal 2010, la produzione e l'uso della sostanza chimica sono stati gradualmente eliminati in tutto il mondo ai sensi del protocollo di Montreal, un trattato globale che mira a ripristinare e proteggere lo strato di ozono.

Dalla sua eliminazione graduale, i livelli di CFC-11 nell'atmosfera sono diminuiti costantemente, e gli scienziati stimano che l'oceano abbia assorbito circa il 5-10% di tutte le emissioni di CFC-11 prodotte. Poiché le concentrazioni della sostanza chimica continuano a diminuire nell'atmosfera, però, si prevede che il CFC-11 si satura troppo nell'oceano, spingendolo a diventare una fonte piuttosto che un lavandino.

"Per un po 'di tempo, le emissioni umane erano così grandi che ciò che stava andando nell'oceano era considerato trascurabile, " dice Salomone. "Ora, mentre cerchiamo di eliminare le emissioni umane, scopriamo che non possiamo più ignorare completamente ciò che sta facendo l'oceano".

Un serbatoio indebolito

Nel loro nuovo documento, il team del MIT ha cercato di individuare quando l'oceano sarebbe diventato una fonte della sostanza chimica, e fino a che punto l'oceano contribuirebbe alle concentrazioni di CFC-11 nell'atmosfera. Hanno anche cercato di capire come il cambiamento climatico avrebbe influito sulla capacità dell'oceano di assorbire la sostanza chimica in futuro.

I ricercatori hanno utilizzato una gerarchia di modelli per simulare la miscelazione all'interno e tra l'oceano e l'atmosfera. Hanno iniziato con un semplice modello dell'atmosfera e degli strati superiori e inferiori dell'oceano, sia nell'emisfero settentrionale che in quello meridionale. Hanno aggiunto a questo modello le emissioni antropogeniche di CFC-11 che erano state precedentemente segnalate nel corso degli anni, quindi ha eseguito il modello in avanti nel tempo, dal 1930 al 2300, osservare i cambiamenti nel flusso di sostanze chimiche tra l'oceano e l'atmosfera.

Hanno quindi sostituito gli strati oceanici di questo semplice modello con il modello di circolazione generale del MIT, o MITgcm, una rappresentazione più sofisticata delle dinamiche oceaniche, e ha eseguito simulazioni simili di CFC-11 nello stesso periodo di tempo.

Entrambi i modelli hanno prodotto livelli atmosferici di CFC-11 fino ai giorni nostri che corrispondevano alle misurazioni registrate, dando al team fiducia nel proprio approccio. Quando hanno esaminato le proiezioni future dei modelli, hanno osservato che l'oceano ha iniziato a emettere più sostanze chimiche di quelle che ha assorbito, a partire dal 2075 circa. Entro il 2145, l'oceano emetterebbe CFC-11 in quantità rilevabili dagli attuali standard di monitoraggio.

L'assorbimento dell'oceano nel XX secolo e il degassamento in futuro influiscono anche sul tempo di permanenza effettivo della sostanza chimica nell'atmosfera, diminuendolo di diversi anni durante l'assorbimento e aumentandolo fino a 5 anni entro la fine del 2200.

Il cambiamento climatico accelererà questo processo. Il team ha utilizzato i modelli per simulare un futuro con un riscaldamento globale di circa 5 gradi Celsius entro l'anno 2100, e ha scoperto che il cambiamento climatico farà avanzare lo spostamento dell'oceano verso una fonte di 10 anni e produrrà livelli rilevabili di CFC-11 entro il 2140.

"In genere, un oceano più freddo assorbirà più CFC, " Wang spiega. "Quando il cambiamento climatico riscalda l'oceano, diventa un serbatoio più debole e si esaurirà anche un po' più velocemente."

"Anche se non ci fossero cambiamenti climatici, mentre i CFC decadono nell'atmosfera, alla fine l'oceano ha troppo rispetto all'atmosfera, e tornerà fuori, " Salomone aggiunge. "Il cambiamento climatico, pensiamo, lo farà accadere anche prima. Ma il cambiamento non dipende dal cambiamento climatico".

Le loro simulazioni mostrano che lo spostamento dell'oceano avverrà leggermente più velocemente nell'emisfero settentrionale, dove si prevede che i modelli di circolazione oceanica su larga scala rallentino, lasciando più gas nell'oceano poco profondo per tornare nell'atmosfera. Però, conoscere i fattori esatti dell'inversione dell'oceano richiederà modelli più dettagliati, che i ricercatori intendono esplorare.

"Alcuni dei prossimi passi sarebbero farlo con modelli a risoluzione più elevata e concentrarsi sui modelli di cambiamento, " dice Scott. "Per ora, abbiamo aperto alcune nuove grandi domande e dato un'idea di ciò che si potrebbe vedere".