Siti da cui vengono riportati o discussi i dati principali, tracciati su moderne concentrazioni di O2 disciolto a una profondità dell'acqua di 350 m. I cambiamenti causati dalla tettonica nelle posizioni dei siti sono mostrati con la dimensione del simbolo (vedi legenda). I cerchi pieni indicano i nuclei con FB-δ 15 N dati, da questo studio (872/516) e da Kast et al. (1209/1263), e cerchi aperti indicano nuclei con foraminiferi δ 18 O dati discussi nel testo (e riferimenti ivi contenuti). O2 disciolto concentrazioni (in μmol kg −1 ) sono visualizzati a colori. Credito:Natura (2022). DOI:10.1038/s41586-022-05017-0
Negli ultimi 50 anni, le zone carenti di ossigeno in mare aperto sono aumentate. Gli scienziati hanno attribuito questo sviluppo all'aumento delle temperature globali:meno ossigeno si dissolve nell'acqua più calda e gli strati dell'oceano tropicale possono diventare più stratificati.
Ma ora, contrariamente alle aspettative diffuse, un team internazionale di scienziati guidato da ricercatori del Max Planck Institute for Chemistry e dell'Università di Princeton ha scoperto che le zone carenti di ossigeno in passato si sono ridotte durante i lunghi periodi caldi.
"Non ci aspettavamo un effetto così chiaro", ha affermato Alexandra Auderset, prima autrice del nuovo articolo sulla rivista Nature e attualmente ricercatore post-dottorato in visita presso la Princeton University. Ha condotto lo studio con Alfredo Martínez-García presso il Max Planck Institute for Chemistry di Magonza, nell'ambito di una collaborazione a lungo termine con il gruppo di Daniel Sigman all'Università di Princeton.
Comprendere questi cambiamenti è importante perché "quando l'ossigeno diventa scarso, la vita ha tempi più difficili", ha affermato Sigman, professore di scienze geologiche e geofisiche di Dusenbury. Ad esempio, nelle regioni a basso contenuto di ossigeno del Pacifico orientale e dell'Oceano Indiano settentrionale, possono sopravvivere solo microbi specializzati e organismi con un metabolismo lento, come le meduse.
Il contenuto di ossigeno passato degli oceani può essere letto nei sedimenti
I ricercatori hanno fatto questa scoperta studiando gli archivi di sedimenti marini. Le carote di perforazione possono essere utilizzate per determinare le condizioni ambientali passate in modo simile agli anelli degli alberi. Tra le altre cose, gli strati di sedimenti forniscono informazioni sul contenuto di ossigeno del mare in passato. Ciò è dovuto al plancton come i foraminiferi, che un tempo vivevano sulla superficie del mare e i cui scheletri affondarono sul fondo del mare dove divennero parte del sedimento.
Durante la loro vita, questi zooplancton hanno assorbito elementi chimici come l'azoto, il cui rapporto isotopico dipendeva a sua volta dalle condizioni ambientali:in condizioni di carenza di ossigeno, si verifica un processo chiamato denitrificazione batterica, in cui i batteri convertono il nitrato nutriente in azoto molecolare. Questi batteri preferiscono assorbire gli isotopi leggeri dell'azoto invece di quelli pesanti, quindi il rapporto cambia nei periodi in cui i batteri erano attivi negli oceani. Gli scienziati possono misurarlo per determinare l'estensione delle prime zone carenti di ossigeno.
L'Oceano Pacifico tropicale è stato ben ossigenato durante i periodi caldi passati
Utilizzando gli isotopi di azoto dei foraminiferi, gli scienziati di Mainz e Princeton hanno dimostrato che la denitrificazione nella colonna d'acqua del Pacifico settentrionale tropicale orientale è stata notevolmente ridotta durante due fasi calde circa 16 e 50 milioni di anni fa.
"Abbiamo lavorato per decenni per sviluppare i metodi che hanno consentito questi risultati", ha affermato Sigman. "E subito, i risultati stanno alterando la nostra visione della relazione tra il clima e le condizioni di ossigeno dell'oceano."
Non è ancora chiaro, tuttavia, cosa significhi questo per l'attuale espansione delle zone di mare aperto carenti di ossigeno, ha affermato Auderset. "Purtroppo, non sappiamo ancora se la nostra scoperta della riduzione delle zone carenti di ossigeno marino sia applicabile ai prossimi decenni o solo a un termine molto più lungo", ha affermato. "Questo perché dobbiamo stabilire se i processi a breve oa lungo termine siano stati responsabili del cambiamento."
Le zone carenti di ossigeno (in rosso) si sono ridotte in passato durante i lunghi periodi caldi, contrariamente alle aspettative diffuse. Credito:Alexandra Auderset, Princeton e MPIC
Cercando la causa
Una delle principali possibilità per il declino delle zone carenti di ossigeno durante il riscaldamento riguarda una riduzione della produttività biologica alimentata dalla risalita delle acque superficiali tropicali. Potrebbe essersi verificato un calo della produttività a causa dell'indebolimento dei venti nel Pacifico equatoriale in condizioni di clima più caldo.
Nel presente studio, gli autori hanno anche scoperto che durante i due periodi caldi del Cenozoico - il clima ottimale del Miocene medio circa 16 milioni di anni fa e il clima ottimale del primo Eocene circa 50 milioni di anni fa - la differenza di temperatura tra le alte e le basse latitudini era molto più piccolo di quello attuale. Sia il riscaldamento globale che l'indebolimento della differenza di temperatura da alta a bassa latitudine avrebbero dovuto agire per indebolire i venti tropicali, riducendo la risalita di acque profonde ricche di nutrienti. Ciò, a sua volta, avrebbe comportato una minore produttività biologica in superficie e un minore sprofondamento di materia organica algale morta nelle profondità oceaniche, fornendo meno carburante per il consumo di ossigeno che produce condizioni carenti di ossigeno.
Questa catena di eventi può verificarsi in tempi relativamente brevi. Pertanto, se un cambiamento simile si applica anche al riscaldamento globale causato dall'uomo, nei prossimi decenni potrebbe esserci un calo dell'entità della carenza di ossigeno negli oceani aperti.
In alternativa, la causa potrebbe risiedere nell'Oceano Antartico, a migliaia di chilometri di distanza. Durante i periodi caldi prolungati passati, lo scambio d'acqua tra le acque superficiali dell'Oceano Australe e l'oceano profondo ("ribaltamento dell'oceano profondo") potrebbe essere accelerato, portando a una maggiore quantità di ossigeno nell'interno dell'oceano nel suo insieme e riducendo così le zone a basso contenuto di ossigeno. Se il più forte ribaltamento delle profondità oceaniche causato dall'Oceano Antartico fosse la causa principale delle zone tropicali carenti di ossigeno rimpicciolite, allora questo effetto richiederebbe più di cento anni prima di entrare in gioco.
"Entrambi i meccanismi probabilmente svolgono un ruolo", ha affermato Martínez-García, un ex ricercatore in visita nel gruppo di ricerca di Sigman. "Ora è iniziata la corsa per capire quale meccanismo è più importante."
Considerando il futuro
"Tenendo presente le nostre attuali incertezze sulla scala temporale del cambiamento, i nostri risultati hanno importanti implicazioni per il futuro dell'ossigeno oceanico", ha affermato Sigman. "A causa della minore solubilità dell'ossigeno nell'acqua calda, è molto probabile che le acque superficiali dell'oceano globale continuino a diminuire, ma i nostri risultati suggeriscono che le zone carenti di ossigeno dell'oceano aperto finiranno per ridursi. Il risultato netto sarà un oceano con uno spazio più debole variazione dell'ossigeno rispetto a quella attuale e ciò influenzerà gli ecosistemi oceanici."
Nelle acque costiere, una maggiore carenza di ossigeno può danneggiare gli ecosistemi e minacciare le attività umane. Tuttavia, le zone carenti di ossigeno dell'oceano aperto sono fondamentali per il ciclo chimico e biologico della Terra. Inoltre, se il loro restringimento è causato da una riduzione della produttività tropicale, allora i cambiamenti combinati sarebbero probabilmente dannosi per la produttività biologica dell'oceano tropicale e la sua pesca. Data la complessa cascata di effetti associati ai cambiamenti climatici, hanno affermato i ricercatori, tutto richiede sforzi per limitare il riscaldamento causato dall'uomo. + Esplora ulteriormente
