L'El Niño/Southern Oscillation (ENSO) è un fenomeno climatico globale famoso soprattutto per la fase El Niño caratterizzata da temperature calde della superficie del mare nell'Oceano Pacifico orientale, intense tempeste invernali e precipitazioni elevate. El Niño ha un impatto su piante, animali e persone in tutto il mondo devastando la pesca nel Pacifico, provocando siccità in alcune parti del mondo e provocando enormi inondazioni in altre.

Molti modelli prevedono che il cambiamento climatico alimenterà eventi El Niño più forti e più frequenti. Tuttavia, la nostra conoscenza di ENSO e della sua influenza sugli ecosistemi da documenti storici o strumentali risale a circa 200 anni fa, il che rende difficile capire cosa riserverà il futuro a lungo termine per un mondo dominato da El Niño.

Un team di ricercatori guidato dall'Università dello Utah ha creato un'analisi dettagliata dell'impatto di El Niño sulle comunità animali negli ultimi 12.000 anni. Lo studio è stato pubblicato online sulla rivista Science l'8 settembre 2022.

Nel nuovo studio, gli autori hanno sfruttato un sito costiero di riparo roccioso chiamato Abrigo de los Escorpiones (Escorpiones), una delle collezioni più grandi e datate di ossa di vertebrati depositate da umani e rapaci sulla costa pacifica del Nord America. Il sito è stato scavato da Ruth Gruhn e Alan Bryan dell'Università di Alberta tra il 2000 e il 2004. Per questo studio, gli autori si sono concentrati sulla fauna ittica e aviaria, identificando specie da piccoli frammenti di osso. Hanno quindi confrontato gli assemblaggi faunistici con gli strati di sedimenti del lago Pallcacocha dell'Ecuador, una delle registrazioni continue più ampiamente applicate degli eventi preistorici di El Niño.

La loro analisi ha rivelato uno schema sorprendente:quando si verificavano cinque o più eventi importanti di El Niño ogni secolo, gli ecosistemi marini e terrestri si ristrutturavano drasticamente in una fase di bassa produttività marina e alta produttività terrestre. Il punto critico di cinque per secolo si è verificato per la prima volta circa 7.000 anni fa ed è continuato per diversi millenni, determinando un periodo di produttività marina stabile ma bassa.

Se i forti eventi di El Niño aumenteranno in futuro, come prevedono ora molti modelli climatici, questa soglia ecologica suggerisce che l'ENSO svolgerà un ruolo sempre più importante nel controllo della struttura dei futuri ecosistemi terrestri e marini del Pacifico orientale e della biosfera terrestre più in generale.

"La nostra limitata finestra di esperienza con El Niño ci porta a pensare che più El Niño equivale a più variabilità, più cambiamento, più cambiamenti. Ma le nostre percezioni si basano esclusivamente su una finestra temporale molto ristretta nell'era moderna che sul grande schema di cose, è un periodo in cui El Niño è molto raro", ha affermato Jack Broughton, professore di antropologia all'Università dello Utah e autore senior dello studio. "Abbiamo dimostrato che nel quadro generale, molto El Niño equivale a molta stabilità. Per le comunità costiere del Pacifico orientale, ciò significa un tratto stabile di ecosistemi marini improduttivi. E ciò ha enormi implicazioni per così tanti aspetti diversi della vita sulla Terra ."

Negli anni diversi da El Niño, la costa orientale del Pacifico brulica di vita a causa dell'acqua fredda e ricca di sostanze nutritive che risale in superficie e sostiene le comunità di plancton su cui si basa la vita marina. Durante El Niño, la superficie del mare diventa molto più calda, facendo precipitare la densità del plancton. Questo si propaga attraverso i livelli trofici superiori:i piccoli pesci che mangiano il plancton, i pesci più grandi che mangiano i piccoli pesci, gli uccelli che mangiano i pesci, i mammiferi marini che mangiano gli uccelli ei pesci. Al contrario, El Niño provoca forti piogge negli ecosistemi terrestri della regione, producendo un vantaggio di produttività per le risorse terrestri. Ciò concorda con uno studio del 2015 in cui Broughton e collaboratori hanno scoperto che le popolazioni di conigli erano fortemente controllate dalla variazione di El Niño, sulla base dei dati di Escorpiones e del lago Pallcacocha.

Insieme alle implicazioni per il futuro, i risultati illuminano momenti importanti del nostro passato, tra cui la migrazione umana nelle Americhe, l'uso variabile da parte dell'uomo degli habitat costieri e interni e l'estinzione dell'anatra incapace di volare Chendytes.

Un riparo roccioso e un fondale:archivi straordinari

La pioggia e l'acqua degli altopiani circostanti sono sfociate nel lago Pallcacocha negli ultimi 12.000 anni. Durante i grandi temporali che sono la firma degli eventi di El Niño, un enorme volume di materiale si riversa nel lago e si deposita sul fondo in uno spesso strato di colore chiaro. Negli anni con meno eventi di El Niño, il sedimento si deposita in strati molto più sottili e più scuri. Un lavoro precedente ha datato al radiocarbonio ogni strato e lo ha diviso in incrementi di cento anni. Le bande spesse si correlavano precisamente con registrazioni strumentali e storiche di forti eventi di El Niño negli ultimi circa 200 anni.

Il rifugio roccioso Escorpiones, situato sulla costa nord-occidentale della Baja California, in Messico, contiene un deposito profondo 26 piedi (8 metri) di conchiglie scartate, ossa di animali e reperti archeologici, con 97 date al radiocarbonio che rivelano un 12.000 anni storia cronologica della deposizione umana e rapace. Questo studio ha identificato 18.623 esemplari di pesci marini e uccelli marini e terrestri che rappresentavano 132 specie, un lavoro meticoloso che è stato svolto negli ultimi 14 anni. I ricercatori hanno organizzato i campioni in incrementi di 100 anni per allinearli al record paleo-ENSO.

Pallcacocha ha rivelato una quasi assenza di ENSO tra 11.000 e 7.000 anni fa con la frequenza di El Niño in forte aumento tra 7.000 e 5.000 anni fa. Nella documentazione di Escorpiones, le specie di uccelli e pesci erano estremamente variabili prima dell'emergere di ENSO. Quando El Niño è entrato nella fase ad alta frequenza, le comunità animali si sono ristrutturate drasticamente, quindi sono rimaste relativamente stabili. Gli uccelli marini, come le murre e le berte comuni, e le specie ittiche associate alle acque fredde, come lo scorfano e la spigola, erano in grande abbondanza quando gli eventi di El Niño erano rari, ma sono diminuiti drasticamente dopo l'inizio della fase ad alta frequenza. Inoltre, le specie di uccelli terrestri sono esplose durante i forti anni di El Niño.

"Questo numero magico è costituito da cinque eventi El Niño forti per secolo:non l'abbiamo semplicemente osservato. Si basa su test statistici che ci mostrano che intere faune stanno cambiando in questo modo, non solo alcune specie isolate", ha detto Broughton.

Migrazione umana, uso del suolo ed estinzione delle anatre incapaci di volare

Questo punto di svolta ecologico ha implicazioni di ampia portata, anche per la nostra comprensione della colonizzazione umana delle Americhe. I risultati supportano l '"ipotesi dell'autostrada Kelp" secondo cui i primi coloni avrebbero seguito foreste di alghe sane dall'Asia nord-orientale, attraverso lo stretto di Bering e nelle Americhe. Secondo il record degli Escorpiones, la costa orientale del Pacifico aveva foreste di alghe prive di El Niño e ricche di sostanze nutritive circa 12.000 anni fa, quando si ipotizza che gli esseri umani abbiano compiuto il viaggio.

Lo studio mostra anche che i popoli del passato erano sensibili a questi cambiamenti, trascorrendo molto più tempo sulla costa, a Escorpiones, durante quei periodi in cui El Niño era raro e l'ambiente marino era altamente produttivo. Si allontanarono dal sito, presumibilmente nell'interno, durante gli anni di El Niño, quando fiorirono gli habitat terrestri.

"Questo record fornisce uno sguardo su come le popolazioni del passato si sono adattate alle sfide specifiche causate dai cambiamenti climatici, in questo caso migrando verso ambienti più produttivi quando gli ecosistemi costieri sono diminuiti", ha affermato Brian Codding, professore di antropologia alla U e coautore del studia. La registrazione della frequenza di utilizzo dei siti umani si basava sull'andamento delle frequenze dei manufatti recuperati per secolo.

I risultati suggeriscono anche che El Niño abbia avuto un ruolo nell'estinzione di Chendytes , un'anatra incapace di volare delle dimensioni di un'oca che si presumeva fosse stata cacciata eccessivamente dagli umani. Escorpiones ha fornito il resoconto più dettagliato della storia dell'anatra e suggerisce che mentre le persone la mangiavano da almeno 6.000 anni, è scomparsa solo nel periodo in cui le frequenze di El Niño stanno aumentando drasticamente e quando ci sono stati molti altri cambiamenti nella l'ecologia marina, comprese le depressioni di altri uccelli marini.

"Il resoconto dettagliato di Escorpiones illustra l'importanza del cambiamento ambientale nel guidare l'estinzione di Chendytes , che ha subito millenni di predazione umana solo per scomparire dopo che gli eventi di El Niño sono diventati più frequenti", ha affermato Tyler Faith, professore associato di antropologia presso l'U, curatore presso il Museo di storia naturale dello Utah e coautore dello studio.

Passaggi successivi

Ci sono alcune limitazioni allo studio. Il lago registra solo eventi El Niño moderati o forti, quindi gli autori non hanno potuto valutare se eventi El Niño deboli hanno avuto un impatto sulla fauna. Un ulteriore lavoro di valutazione dei modelli tra eventi deboli e forti di El Niño potrebbe chiarire questo problema. Per comprendere ulteriormente questi modelli, i ricercatori stanno attualmente analizzando in che modo mammiferi come foche, lontre marine e leoni marini sono stati influenzati da El Niño e se potrebbero essere presenti ulteriori effetti soglia di El Niño su scala millenario.

Ci sono molti altri fattori che influenzano gli ecosistemi marini e terrestri nell'area di studio, inclusi altri sistemi e processi climatici. Gli autori lo sottolineano, ma sembra che El Niño controlli gli ecosistemi marini/terrestri quando succede spesso. Durante le fasi in cui ENSO è calmo, altri sistemi oceanografici o climatici (come Pacific Decadal Oscillation, North American Monsoon) hanno effetti importanti.

"Gli eventi di El Niño hanno l'effetto di controllo maggiore su questi ecosistemi quando si verificano oltre la soglia critica di cinque volte per secolo", ha affermato Broughton. "Se i forti eventi di El Niño aumenteranno in futuro, la nostra analisi suggerisce che la produttività terrestre aumenterà, ma gli ecosistemi marini del Pacifico orientale saranno costretti a tornare a uno stato più stabile ma meno produttivo".

Altri coautori dello studio sono Joan Coltrain e Isaac Hart dell'Università dello Utah, Kathryn Mohlenhoff del Paleowest e Ruth Gruhn dell'Università dell'Alberta. + Esplora ulteriormente

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