Circa 50 milioni di anni fa, la Terra ha vissuto il suo clima più caldo dall’estinzione dei dinosauri. Le temperature globali erano superiori di oltre 10°C rispetto a quelle odierne e le concentrazioni di CO₂ nell’atmosfera raggiungevano circa 1.600 parti per milione. Ma cosa ha mantenuto i livelli di CO₂ così straordinariamente elevati per milioni di anni? Un team di ricerca internazionale, guidato dal Max Planck Institute for Chemistry, ha individuato un tassello fondamentale del puzzle: l’Oceano Meridionale. Attraverso l’analisi di tracce chimiche conservate in gusci fossili microscopici, i ricercatori hanno scoperto che, durante questo periodo eccezionalmente caldo, l’oceano che circonda l’Antartide è diventato meno efficiente nello stoccaggio del carbonio nelle profondità marine. I risultati, pubblicati su Nature Geoscience, suggeriscono che questo indebolimento della “pompa biologica del carbonio” oceanica abbia aumentato in modo significativo la CO₂ atmosferica, amplificando il riscaldamento globale.
I gusci fossili rivelano un calo del 40% nell’utilizzo dei nutrienti
I ricercatori hanno ricostruito le variazioni della pompa biologica del carbonio nell’Oceano Meridionale, un processo naturale mediante il quale organismi marini microscopici assorbono la CO₂ presente nelle acque superficiali. Con la crescita e la successiva morte di tali organismi, parte del carbonio in essi contenuto affonda negli abissi oceanici, dove può rimanere immagazzinato per periodi che vanno da centinaia a migliaia di anni. Questo meccanismo contribuisce a regolare la quantità di CO₂ nell’atmosfera.
Per indagare l’efficienza di questo processo durante l’Eocene inferiore – un’epoca compresa all’incirca tra 53 e 49 milioni di anni fa – il team ha analizzato gli isotopi dell’azoto conservati nei gusci fossili di foraminiferi, minuscoli organismi marini. I gusci sono stati estratti da carote di sedimento prelevate in quattro siti dell’Oceano Meridionale nell’ambito dell’Ocean Drilling Program. Le tracce isotopiche dell’azoto forniscono indicazioni su quanto il fitoplancton abbia sfruttato i nutrienti disponibili nelle acque superficiali. Poiché l’utilizzo dei nutrienti è strettamente correlato alla pompa biologica del carbonio, tali misurazioni consentono agli scienziati di ricostruire i cambiamenti nella capacità dell’oceano di trasferire carbonio verso le sue profondità.
I risultati hanno evidenziato una differenza notevole: al culmine del caldo eocenico, il fitoplancton dell’Oceano Meridionale ha utilizzato circa il 40% in meno dei nutrienti disponibili rispetto ai periodi più freddi che hanno preceduto e seguito tale fase. Ciò indica che la pompa biologica del carbonio era sostanzialmente meno efficiente, riducendo la quantità di carbonio immagazzinata nell’oceano profondo.
Una pompa biologica del carbonio più debole ha aumentato la CO₂ atmosferica
Per determinare in che misura la riduzione del consumo abbia influito sulla concentrazione di CO₂ nell’atmosfera, i ricercatori hanno utilizzato un modello numerico oceano-atmosfera che simula le interazioni fisiche, chimiche e biologiche tra l’atmosfera terrestre e gli oceani. Secondo il nuovo studio, una riduzione del 40% è di per sé sufficiente a far aumentare i livelli di CO₂ da 700 a circa 900 parti per milione (ppm), cifra che sale a circa 1.100 ppm se nel modello vengono inclusi i feedback legati al riscaldamento e alla chimica dell’acqua marina. Ciò spiega almeno la metà dell’aumento di circa 800 ppm registrato in quel periodo. “Poiché l’acqua marina dell’Eocene aveva una capacità molto inferiore di tamponare le variazioni di CO₂ rispetto all’oceano odierno, un indebolimento della pompa biologica del carbonio avrebbe potuto avere un impatto sulla CO₂ atmosferica ben più marcato di quanto avverrebbe nelle condizioni attuali”, spiega François Fripiat, coautore dello studio.
I risultati suggeriscono che i cambiamenti nell’attività biologica dell’Oceano Meridionale potrebbero aver amplificato un clima già caldo, consentendo a una maggiore quantità di carbonio di accumularsi nell’atmosfera e rafforzando così l’effetto serra. “Sebbene sia noto che le variazioni nella pompa biologica del carbonio dell’Oceano Meridionale abbiano contribuito alle fluttuazioni della CO₂ atmosferica durante le ere glaciali, non era chiaro se lo stesso meccanismo potesse operare anche in un mondo molto più caldo. Il nostro studio dimostra che l’Oceano Meridionale ha svolto un ruolo fondamentale nella regolazione della CO₂ atmosferica durante l’Eocene inferiore, milioni di anni prima dell’inizio delle recenti ere glaciali“, afferma Simone Moretti, ricercatore presso il Max Planck Institute for Chemistry e autore principale dello studio.
Perché livelli elevati di CO₂ sono persistiti per milioni di anni?
Resta una domanda: perché questi livelli elevati di CO₂ hanno potuto persistere per milioni di anni? Secondo gli scienziati, parte della risposta potrebbe risiedere nella limitata efficacia del termostato climatico naturale della Terra: la graduale rimozione della CO₂ atmosferica attraverso l’erosione delle rocce. Prima dell’emersione di grandi catene montuose come le Alpi e l’Himalaya, avvenuta tra i 50 e i 30 milioni di anni fa, i continenti – caratterizzati da un territorio relativamente pianeggiante e profondamente alterato dagli agenti atmosferici – offrivano ben poca roccia fresca, il che potrebbe aver rallentato questo processo.
“Dato che il termostato naturale della Terra funziona in modo meno efficiente, la CO₂ supplementare rilasciata dall’oceano potrebbe permanere nell’atmosfera molto più a lungo. Ciò consentirebbe all’Oceano Meridionale di influenzare il clima non solo nell’arco di migliaia di anni, come avveniva durante le ere glaciali, ma su scale temporali di milioni di anni”, spiega Mathis Hain, coautore dello studio.
“La coerenza tra i caldi periodi interglaciali delle ere glaciali del Pleistocene – durante i quali anche l’Oceano Meridionale rilasciava CO₂ – e un episodio di riscaldamento durato milioni di anni rafforza la nostra comprensione di come l’Oceano Meridionale influenzi la “pompa biologica” attraverso diverse scale temporali e condizioni al contorno. Osservare la stessa risposta su archi temporali così differenti suggerisce l’esistenza di un solido meccanismo di feedback: il riscaldamento spinge verso la superficie antartica acque profonde ricche di carbonio, che rilasciano CO₂ nell’atmosfera, alimentando a sua volta un ulteriore riscaldamento”, spiega Alfredo Martínez-García, capogruppo presso il MPIC, tra gli autori dello studio. I ricercatori stanno ora indagando il ruolo di questo meccanismo di feedback in altre fasi della storia terrestre caratterizzate da un riscaldamento globale prolungato.
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