Un'analisi dei nuclei di sedimenti del Mare di Bering ha rivelato una relazione ricorrente tra i climi più caldi e gli episodi improvvisi di "zone morte" a basso contenuto di ossigeno nell'Oceano Pacifico settentrionale subartico negli ultimi 1,2 milioni di anni.

Il nuovo studio, guidato da ricercatori dell'UC Santa Cruz, è stato pubblicato il 2 giugno in Progressi scientifici . I risultati forniscono informazioni cruciali per comprendere le cause della carenza di ossigeno o "ipossia" nel Pacifico settentrionale e per prevedere il verificarsi di condizioni ipossiche in futuro.

"È essenziale capire se il cambiamento climatico sta spingendo gli oceani verso un 'punto di svolta' per l'ipossia improvvisa e grave che distruggerebbe gli ecosistemi, fonti di cibo, ed economie, " ha detto la prima autrice Karla Knudson, che ha guidato lo studio come studente laureato in scienze della terra presso la UCSC.

I ricercatori hanno basato le loro scoperte su un'analisi dei nuclei di sedimenti profondi da un sito nel mare di Bering. Per lunghi periodi di tempo, i sedimenti si depositano e si accumulano sul fondo del mare. L'attività degli organismi che vivono nei sedimenti del fondo marino di solito li disgrega e li mescola mentre si accumulano, ma se l'ipossia ha ucciso quegli organismi, viene preservato uno schema ordinato di strati. Così, gli scienziati possono trovare una registrazione di eventi ipossici passati sotto forma di questi sedimenti stratificati o "laminati" in carote perforate dal fondo marino.

Gli scienziati sanno da tempo di un grave episodio di ipossia diffusa nel Pacifico settentrionale alla fine dell'ultima era glaciale, quando lo scioglimento delle calotte glaciali ha inviato un massiccio afflusso di acqua dolce nell'oceano. Il nuovo studio fornisce le prime registrazioni di precedenti eventi di bassa ossigenazione, e mostra che l'evento più recente non era rappresentativo della maggior parte di questi eventi in termini di meccanismi o tempistiche.

"Non ci vuole una grande perturbazione come lo scioglimento dei ghiacci perché ciò accada, " ha detto l'autrice corrispondente Ana Christina Ravelo, professore di scienze oceaniche alla UC Santa Cruz. "Questi eventi ipossici improvvisi sono in realtà comuni nella documentazione geologica, e non sono tipicamente associati alla deglaciazione. Si verificano quasi sempre durante i caldi periodi interglaciali, come quello in cui ci troviamo adesso."

L'ipossia si verifica dopo un'intensa crescita di fitoplancton (alghe marine) nelle acque superficiali. Quando il fitoplancton muore, affondano più a fondo nell'oceano e si decompongono, che esaurisce l'ossigeno e rilascia anidride carbonica nell'acqua sotto la superficie. Cosa innesca questi eventi, però, rimane poco chiaro. Riscaldamento dell'oceano, alto livello del mare, e la disponibilità di ferro (un fattore limitante per la crescita del fitoplancton) sembra giocare un ruolo.

"Il nostro studio mostra che l'alto livello del mare, che si verificano durante i climi interglaciali caldi, contribuito a questi eventi ipossici, "Knudson ha detto. "Durante l'alto livello del mare, il ferro disciolto dalle piattaforme continentali allagate può essere trasferito nell'oceano aperto e promuovere un'intensa crescita del fitoplancton nelle acque superficiali".

Sebbene l'alto livello del mare sia un'importante condizione di fondo, non è sufficiente per innescare un evento ipossico da solo. Cambiamenti nella circolazione oceanica, compreso il sollevamento intensificato per portare più nutrienti nelle acque superficiali e correnti più forti che potrebbero trasferire il ferro dalla piattaforma continentale all'oceano aperto, può svolgere un ruolo fondamentale, ha detto Knudson.

Attualmente, zone morte regionali si verificano nelle aree costiere di tutto il mondo a causa degli effetti della temperatura del riscaldamento climatico, così come l'arricchimento di nutrienti delle acque costiere da fertilizzanti agricoli. Ma anche l'enorme zona morta alla foce del fiume Mississippi impallidisce in confronto all'ipossia diffusa che si è verificata in tutto l'Oceano Pacifico settentrionale alla fine dell'ultima era glaciale.

Poiché il nuovo studio si basa su carote di sedimenti provenienti da un singolo sito, i ricercatori non conoscono l'estensione delle zone morte che registra, se fossero confinate nel Mare di Bering o estese attraverso il bordo del Pacifico settentrionale come ha fatto l'evento più recente.

"Non sappiamo quanto fossero estesi, ma sappiamo che furono molto intensi e durarono più a lungo dell'evento di deglaciazione che è stato così ben studiato, "disse Ravello, che è stato co-capo scienziato della spedizione 323 del programma integrato di perforazione oceanica, che ha recuperato le carote del Mare di Bering nel 2009.

Knudson ha detto che i nuclei registrano più eventi durante ogni periodo interglaciale durante il Pleistocene, con transizioni brusche in cui i sedimenti laminati appaiono e scompaiono nel nucleo.

Le nuove scoperte sollevano preoccupazioni sul fatto che il cambiamento climatico e il riscaldamento degli oceani porteranno a un punto di svolta che scatenerebbe una diffusa ipossia nell'Oceano Pacifico settentrionale.

"Il sistema è pronto per questo tipo di evento che accade, " Disse Ravelo. "Dobbiamo sapere quanto erano estesi, e dobbiamo ripensare a come questi eventi vengono attivati, perché ora sappiamo che non ci vuole una grande perturbazione. Questo studio pone le basi per molti lavori di follow-up".