Come il Polo Nord, l'Oceano Artico, e la circostante terra artica si riscalda rapidamente, gli scienziati stanno correndo per capire gli effetti del riscaldamento sugli ecosistemi artici. Con il restringimento del ghiaccio marino, più luce raggiunge la superficie dell'Oceano Artico. Alcuni hanno previsto che questo porterà a più plancton, che a sua volta sosterrebbe i pesci e altri animali.

Non così in fretta, afferma un team di scienziati guidati dalla Princeton University e dal Max Planck Institute for Chemistry.

Indicano l'azoto, un nutriente vitale. I ricercatori hanno utilizzato il plancton fossilizzato per studiare la storia delle fonti e dei tassi di fornitura di azoto all'Oceano Artico aperto occidentale e centrale. Il loro lavoro, dettagliato in un articolo nell'ultimo numero della rivista Geoscienze naturali , suggerisce che in un regime di riscaldamento globale, queste acque artiche aperte subiranno una limitazione dell'azoto più intensa, probabilmente impedendo un aumento della produttività.

"Guardando l'Oceano Artico dallo spazio, è difficile vedere l'acqua, quanto gran parte dell'Oceano Artico è ricoperta da uno strato di ghiaccio marino, " ha detto l'autore principale Jesse Farmer, un ricercatore associato post-dottorato nel Dipartimento di Geoscienze dell'Università di Princeton, che è anche un borsista post-dottorato in visita presso il Max Planck Institute for Chemistry a Mainz, Germania. Questo ghiaccio marino si espande naturalmente durante gli inverni e si contrae durante le estati. Negli ultimi decenni, però, il riscaldamento globale ha causato un rapido declino della copertura del ghiaccio marino estivo, con la copertura di ghiaccio estiva ora circa la metà di quella del 1979.

Mentre il ghiaccio marino si scioglie, il plancton fotosintetizzante che costituisce la base delle reti trofiche artiche dovrebbe beneficiare della maggiore disponibilità di luce. "Ma c'è un problema, " ha detto l'autrice Julie Granger, professore associato di scienze marine presso l'Università del Connecticut. "Anche questi plancton hanno bisogno di nutrienti per crescere, e i nutrienti sono abbondanti solo più in profondità nell'Oceano Artico, appena oltre la portata del plancton." Se il plancton può acquisire questi nutrienti dipende da quanto rigorosamente l'oceano superiore è "stratificato, " o separati in strati. I 200 metri superiori (660 piedi) dell'oceano sono costituiti da distinti strati d'acqua con densità diverse, determinata dalla loro temperatura e salinità.

"Quando l'oceano superiore è fortemente stratificato, con acqua molto leggera che galleggia sopra un'acqua densa e profonda, l'apporto di nutrienti alla superficie illuminata dal sole è lento, " disse Contadino.

Una nuova ricerca condotta da scienziati dell'Università di Princeton mostra come la fornitura di azoto all'Artico è cambiata dall'ultima era glaciale, che rivela la storia della stratificazione dell'Oceano Artico. Utilizzando carote di sedimenti dall'Oceano Artico occidentale e centrale, i ricercatori hanno misurato la composizione isotopica dell'azoto organico intrappolato nei fossili calcarei dei foraminiferi (plancton che cresceva nelle acque superficiali, poi morì e affondò sul fondo del mare). Le loro misurazioni rivelano come le proporzioni dell'azoto derivato dall'Atlantico e dal Pacifico siano cambiate nel tempo, monitorando anche i cambiamenti nel grado di limitazione dell'azoto del plancton in superficie. Ona Underwood della classe del 2021 è stata un membro chiave del team di ricerca, analizzando le carote di sedimenti dell'Oceano Artico occidentale per il suo progetto junior.

Dove gli oceani si incontrano:le acque del Pacifico galleggiano sopra più salate, acque più dense dell'Atlantico

L'Oceano Artico è il luogo d'incontro di due grandi oceani:il Pacifico e l'Atlantico. Nell'Artico occidentale, Le acque dell'Oceano Pacifico scorrono verso nord attraverso lo stretto di Bering che separa l'Alaska dalla Siberia. Arrivando nell'Oceano Artico, l'acqua relativamente fresca del Pacifico scorre sull'acqua più salata dell'Atlantico. Di conseguenza, la colonna d'acqua superiore dell'Artico occidentale è dominata dall'azoto proveniente dal Pacifico ed è fortemente stratificata.

Però, questo non è sempre stato così. "Durante l'ultima era glaciale, quando la crescita delle calotte glaciali ha abbassato il livello del mare globale, lo stretto di Bering non esisteva, " ha detto Daniel Sigman, Professore di scienze geologiche e geofisiche a Princeton a Dusenbury e uno dei tutor di ricerca di Farmer. A quel tempo, lo Stretto di Bering fu sostituito dal Bering Land Bridge, un collegamento terrestre tra l'Asia e il Nord America che ha permesso la migrazione degli umani nelle Americhe. Senza lo stretto di Bering, l'Artico avrebbe solo acqua atlantica, e i dati sull'azoto lo confermano.

Quando l'era glaciale finì 11, 500 anni fa, mentre le calotte glaciali si scioglievano e il livello del mare si alzava, i dati mostrano l'improvvisa comparsa di azoto del Pacifico nel bacino artico occidentale aperto, drammatica testimonianza dell'apertura dello Stretto di Bering.

"Ci aspettavamo di vedere questo segnale nei dati, ma non così chiaramente!" ha detto Sigman.

Questa è stata solo la prima delle sorprese. Analizzando i dati, L'agricoltore si è anche reso conto che, prima dell'apertura dello Stretto di Bering, l'Artico non era stato fortemente stratificato come lo è oggi. Solo con l'apertura dello stretto di Bering l'Artico occidentale si è fortemente stratificato, come si evince dall'inizio della limitazione dell'azoto del plancton nelle acque superficiali.

Dirigendosi verso est lontano dallo stretto di Bering, l'acqua del Pacifico viene diluita, cosicché il moderno Artico centrale e orientale è dominato dall'acqua dell'Atlantico e da una stratificazione relativamente debole. Qui, i ricercatori hanno scoperto che la limitazione dell'azoto e la stratificazione della densità variavano con il clima. Come nell'Artico occidentale, la stratificazione era debole durante l'ultima era glaciale, quando il clima era più freddo. Dopo l'era glaciale, stratificazione artica centrale rafforzata, raggiungendo un picco tra circa 10, 000 e 6, 000 anni fa, un periodo di temperature estive artiche naturalmente più calde chiamato "massimo termico dell'Olocene". Da quel tempo, la stratificazione artica centrale si è indebolita, consentendo a una quantità sufficiente di azoto di raggiungere le acque superficiali per superare il fabbisogno di plancton.

Il riscaldamento globale sta rapidamente riportando l'Artico al clima del massimo termico dell'Olocene. Mentre questo riscaldamento continua, alcuni scienziati hanno previsto che la riduzione della copertura di ghiaccio aumenterebbe la produttività del plancton artico aumentando la quantità di luce solare che raggiunge l'oceano. Le nuove informazioni storiche acquisite da Farmer e dai suoi colleghi suggeriscono che un tale cambiamento è improbabile per le acque del bacino aperto dell'Artico occidentale e centrale. L'Artico occidentale rimarrà fortemente stratificato a causa del persistente afflusso di acqua del Pacifico attraverso lo Stretto di Bering, mentre il riscaldamento rafforzerà la stratificazione nell'Artico centrale. In entrambe queste regioni oceaniche aperte, è probabile che un lento apporto di azoto limiti la produttività del plancton, hanno concluso i ricercatori.

"Un aumento della produttività del bacino artico aperto sarebbe stato probabilmente visto come un vantaggio, Per esempio, aumento della pesca, " disse Farmer. "Ma dati i nostri dati, un aumento della produttività artica aperta sembra improbabile. La migliore speranza per un futuro aumento della produttività artica è probabilmente nelle acque costiere dell'Artico".