I minuscoli organismi vegetali chiamati fitoplancton, che costituiscono la base delle reti trofiche marine dominate da orche, balene e squali, vengono solitamente mangiati o affondano lentamente sul fondale marino, trasportando carbonio lungo il percorso. Nella maggior parte degli oceani, la discesa dagli strati superficiali illuminati dal sole richiede settimane. Ma nel Mare dei Ciukci, nell’Artico, gli scienziati hanno scoperto che una convergenza di correnti spinge il fitoplancton da sotto il ghiaccio al fondale marino a una velocità quattro volte superiore al normale.
Due nuovi articoli, condotti da ricercatori del laboratorio del bio-oceanografo Kevin Arrigo di Stanford, descrivono in dettaglio questa insolita discesa e rivelano che le fioriture di fitoplancton, che utilizza l’energia solare per crescere, possono essere 10 volte più dense nelle acque più scure sotto lo spesso strato di ghiaccio marino rispetto alle acque libere.
Le misurazioni raccolte nel Mare dei Ciukci nell’estate del 2023 suggeriscono che la luce solare che filtrava attraverso le fessure nel ghiaccio fosse sufficiente ad alimentare la fotosintesi. “Stiamo osservando enormi popolazioni di fitoplancton sotto una spessa coltre di ghiaccio marino“, ha affermato Claudette Proctor, dottoranda in scienze del sistema Terra e autrice principale di uno degli articoli pubblicati su Journal of Geophysical Research: Oceans. “Stanno crescendo in un ambiente che prima ritenevamo inospitale”.
Microalghe che prosperano sotto il ghiaccio
In una missione del 2011, Arrigo e i suoi collaboratori scoprirono che il fitoplancton fioriva sotto il ghiaccio artico, che si è assottigliato e crepato negli ultimi decenni a causa dell’aumento delle temperature dell’aria e della superficie del mare, permettendo così il passaggio di una maggiore quantità di luce. Arrigo e il suo team sono tornati nel Mare dei Ciukci nel 2023 per studiare la densità delle fioriture di fitoplancton e cosa accade a questi organismi quando muoiono. Sebbene altre missioni di ricerca abbiano prelevato campioni di fitoplancton, pochi studi hanno analizzato i minuscoli organismi sotto il ghiaccio, per non parlare della loro documentazione per quasi l’intera stagione di crescita.
“Abbiamo avuto la possibilità di osservare la fioritura algale nascere, raggiungere il picco e poi iniziare a declinare“, ha affermato Arrigo, autore senior dei due articoli e professore titolare della cattedra Donald e Donald M. Steel presso la Stanford Doerr School of Sustainability. “È un’occasione che capita raramente”.
Per studiare le fioriture, il team ha prelevato campioni di acqua di mare per misurare i nutrienti e due indicatori della densità del fitoplancton: carbonio e clorofilla. Hanno anche posizionato trappole galleggianti per sedimenti in acqua di mare, sia in mare aperto che all’interno di aperture nel ghiaccio, per catturare il fitoplancton in affondamento.
Sotto il ghiaccio, i ricercatori hanno osservato una delle fioriture di fitoplancton più dense mai registrate, persino in aree in cui il ghiaccio raggiungeva i 2 metri di spessore. Queste fioriture sotto il ghiaccio erano fino a 10 volte più concentrate rispetto a quelle campionate un mese dopo in mare aperto, quando il ghiaccio aveva iniziato a ritirarsi a causa dello scioglimento stagionale.
I dati mostrano che le fioriture si sono indebolite e hanno iniziato ad affondare man mano che consumavano la maggior parte dei nutrienti, in particolare i nitrati. Nel corso di diversi giorni, i ricercatori hanno stimato la quantità di fitoplancton in peso che affondava sotto il ghiaccio e in acque libere, e la velocità con cui ciò avveniva. Hanno inoltre confrontato questi risultati con i livelli di clorofilla e carbonio presenti nei campioni di sedimento prelevati dal fondale marino, al fine di comprendere la connessione tra l’affondamento del fitoplancton e i resti organici sottostanti.
In gran parte del mare, gli scienziati hanno scoperto che, dopo aver raggiunto il picco di fioritura, il fitoplancton affondava a una velocità di circa mezzo metro al giorno. In altre zone, tuttavia, le correnti veloci spingevano il plancton verso il basso circa quattro volte più rapidamente in media, a causa di una confluenza di correnti oceaniche chiamata fronte.
Secondo gli autori, quando il plancton presente nelle acque fredde appena sotto il ghiaccio veniva trasportato verso sud dalla corrente, incontrava correnti opposte più calde in acque libere. La collisione delle correnti lo spingeva verso il basso. “Quella massa d’acqua fredda e salata si immerge, e la massa d’acqua più calda e meno salata risale sopra“, ha affermato lo studente James Lauer, autore principale di un secondo articolo, pubblicato anch’esso sul Journal of Geophysical Research: Oceans, focalizzato su come le correnti influenzano le fioriture algali.
Ecosistemi artici nel contesto dei cambiamenti climatici
I nuovi dettagli sul ciclo vitale del fitoplancton artico aiutano a rispondere a domande sugli ecosistemi marini. In precedenti ricerche, gli scienziati hanno osservato aree del fondale artico con popolazioni inaspettatamente elevate di vongole e ofiure, e dei trichechi e delle balene che se ne nutrono. “La scoperta che questo fronte sta rapidamente accelerando i tassi di affondamento aiuta a spiegare da dove potrebbero provenire le fonti di cibo che sostengono quella biomassa bentonica“, ha affermato Lauer.
Non è chiaro come le fioriture sotto il ghiaccio possano influenzare la vita marina più vicina alla superficie. Le fioriture sono un’importante fonte di cibo per minuscoli animali galleggianti chiamati zooplancton e per specie come le balene della Groenlandia che se ne nutrono, ma le fioriture che raggiungono il picco troppo presto in estate potrebbero essere già scomparse quando arrivano i predatori stagionali. Con il riscaldamento dell’Artico, “gli organismi che si nutrono sul fondale potrebbero avere più successo, mentre quelli pelagici potrebbero avere meno cibo”, ha affermato Proctor.
I ricercatori si sono anche chiesti in che modo il rapido riscaldamento dell’Artico – quattro volte superiore alla media globale – influirà sulla velocità con cui il fitoplancton sottrae carbonio all’atmosfera durante la sua crescita e quale sarà il destino di tale carbonio. “Dove finisce tutto quel carbonio?“, ha affermato Arrigo. “Viene consumato? Affonda sul fondale?”. I risultati suggeriscono un aumento complessivo del carbonio assorbito dal fitoplancton e successivamente stoccato nei sedimenti, ha spiegato Arrigo. Tuttavia, permangono molte incognite sulla regione. Ad esempio, l’acqua dolce più calda derivante dallo scioglimento dei ghiacci potrebbe formare uno strato superficiale, impedendo alle acque sottostanti – ricche di nutrienti – di mescolarsi e nutrire il plancton, limitandone così la crescita.
Le scoperte dimostrano come fenomeni su scala relativamente ridotta, quali le fioriture di fitoplancton e i fronti oceanici, possano plasmare l’ecologia e il clima a livello globale. I fronti generati da venti, deflussi fluviali o correnti sono presenti in tutti gli oceani e possono svolgere un ruolo importante nel trasporto del carbonio verso i fondali marini. “Dobbiamo assolutamente tenere conto di questi processi fisici su scala relativamente ridotta quando analizziamo il ciclo del carbonio nell’oceano globale“, ha osservato Lauer.
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