La "pompa biologica" dell'oceano descrive i numerosi processi marini che lavorano per assorbire l'anidride carbonica dall'atmosfera e trasportarla in profondità nell'oceano, dove può rimanere sequestrato per secoli. Questa pompa oceanica è un potente regolatore dell'anidride carbonica atmosferica e un ingrediente essenziale in qualsiasi previsione climatica globale.

Ma un nuovo studio del MIT indica una significativa incertezza nel modo in cui la pompa biologica è rappresentata oggi nei modelli climatici. I ricercatori hanno scoperto che l'equazione "gold standard" utilizzata per calcolare la forza della pompa ha un margine di errore più ampio di quanto si pensasse in precedenza, e che le previsioni sulla quantità di carbonio atmosferico che l'oceano pompierà a varie profondità potrebbero variare di 10-15 parti per milione.

Dato che il mondo sta attualmente emettendo anidride carbonica nell'atmosfera a un tasso annuo di circa 2,5 parti per milione, il team stima che la nuova incertezza si traduca in un errore di circa cinque anni nelle proiezioni degli obiettivi climatici.

"Questa barra di errore più ampia potrebbe essere fondamentale se vogliamo rimanere entro 1,5 gradi di riscaldamento previsto dall'accordo di Parigi, "dice Jonathan Lauderdale, un ricercatore presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze dell'atmosfera e planetarie. "Se i modelli attuali prevedono che abbiamo tempo fino al 2040 per ridurre le emissioni di carbonio, stiamo espandendo l'incertezza intorno a questo, per dire che forse ora abbiamo tempo fino al 2035, che potrebbe essere un grosso problema".

Lauderdale e l'ex studente laureato del MIT B.B. Cael, ora al National Oceanography Center di Southampton, UK., hanno pubblicato oggi il loro studio sulla rivista Lettere di ricerca geofisica .

Curva di neve

I processi marini che contribuiscono alla pompa biologica dell'oceano iniziano con il fitoplancton, organismi microscopici che assorbono anidride carbonica dall'atmosfera man mano che crescono. Quando muoiono, fitoplancton affondano collettivamente attraverso la colonna d'acqua come "neve marina, " portando con sé quel carbonio.

"Queste particelle piovono come neve bianca a fiocchi che è tutta questa roba morta che cade dalla superficie dell'oceano, "dice Lauderdale.

A varie profondità le particelle vengono consumate dai microbi, che convertono il carbonio organico delle particelle e lo respirano nell'oceano profondo in modo inorganico, forma minerale, in un processo noto come remineralizzazione.

Negli anni '80, i ricercatori hanno raccolto neve marina in luoghi e profondità in tutto il Pacifico tropicale. Da queste osservazioni hanno generato una semplice relazione matematica con la legge di potenza:la curva di Martin, prende il nome dal membro del team John Martin, per descrivere la forza della pompa biologica, e quanto carbonio l'oceano può remineralizzare e sequestrare a varie profondità.

"La curva di Martin è onnipresente, ed è davvero il gold standard [usato in molti modelli climatici oggi], "dice Lauderdale.

Ma nel 2018 Cael e il coautore Kelsey Bisson hanno mostrato che la legge di potenza derivata per spiegare la curva di Martin non era l'unica equazione che poteva adattarsi alle osservazioni. La legge di potenza è una semplice relazione matematica che presuppone che le particelle cadano più velocemente con la profondità. Ma Cael ha scoperto che molte altre relazioni matematiche, ciascuno basato su meccanismi diversi per il modo in cui la neve marina affonda e viene rimineralizzata, potrebbe anche spiegare i dati.

Ad esempio, un'alternativa presuppone che le particelle cadano alla stessa velocità indipendentemente dalla profondità, mentre un altro presuppone che le particelle con pesanti, i gusci di fitoplancton meno consumabili cadono più velocemente di quelli senza.

"Ha scoperto che non puoi dire quale curva è quella giusta, che è un po' preoccupante, perché ogni curva ha dietro di sé meccanismi diversi, " Dice Lauderdale. "In altre parole, i ricercatori potrebbero utilizzare la funzione "sbagliata" per prevedere la forza della pompa biologica. Queste discrepanze potrebbero valanga e avere un impatto sulle proiezioni climatiche".

una curva, riconsiderato

Nel nuovo studio, Lauderdale e Cael hanno esaminato quanta differenza farebbe per le stime del carbonio immagazzinato in profondità nell'oceano se cambiassero la descrizione matematica della pompa biologica.

Hanno iniziato con le stesse sei equazioni alternative, o curve di rimineralizzazione, che Cael aveva precedentemente studiato. Il team ha esaminato come cambierebbero le previsioni dei modelli climatici sull'anidride carbonica atmosferica se si basassero su una delle sei alternative, rispetto alla legge di potenza della curva di Martin.

Per rendere il confronto statisticamente più simile possibile, prima adattano ogni equazione alternativa alla curva di Martin. La curva di Martin descrive la quantità di neve marina che raggiunge varie profondità attraverso l'oceano. I ricercatori hanno inserito i punti dati dalla curva in ciascuna equazione alternativa. Hanno quindi eseguito ciascuna equazione attraverso il MITgcm, un modello di circolazione generale che simula, tra gli altri processi, il flusso di anidride carbonica tra l'atmosfera e l'oceano.

Il team ha fatto avanzare il modello climatico nel tempo per vedere come ogni equazione alternativa per la pompa biologica ha cambiato le stime del modello di anidride carbonica nell'atmosfera, rispetto alla legge di potenza della curva di Martin. Hanno scoperto che la quantità di carbonio che l'oceano è in grado di assorbire e sequestrare dall'atmosfera varia ampiamente, a seconda della descrizione matematica della pompa biologica utilizzata.

"La parte sorprendente è stata che anche piccoli cambiamenti nella quantità di remineralizzazione o neve marina che arriva a profondità diverse a causa delle diverse curve possono portare a cambiamenti significativi nell'anidride carbonica atmosferica, "dice Lauderdale.

I risultati suggeriscono che la forza di pompaggio dell'oceano, e i processi che regolano la velocità con cui cade la neve marina, sono ancora una questione aperta.

"Abbiamo sicuramente bisogno di fare molte più misurazioni della neve marina per abbattere i meccanismi alla base di ciò che sta accadendo, " aggiunge Lauderdale. "Perché probabilmente tutti questi processi sono rilevanti, ma vogliamo davvero sapere quali stanno guidando il sequestro del carbonio".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.