Una nuova ricerca inizia a svelare il ruolo della polvere nel nutrire gli ecosistemi oceanici globali, contribuendo nel contempo a regolare i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera
Nel vasto oceano aperto, i nutrienti vitali per la crescita del fitoplancton nello strato superficiale illuminato dal sole sono in gran parte forniti attraverso il trasporto fisico dalle acque profonde, ma alcuni nutrienti sono forniti anche attraverso la deposizione atmosferica di polvere del deserto. I ricercatori sanno da tempo che il fitoplancton - organismi simili a piante che vivono nella parte superiore dell'oceano e sono il fondamento della rete alimentare marina - si basano sulla polvere proveniente da fonti terrestri per i nutrienti chiave. Ma l'entità e le conseguenze dell'impatto della polvere - particelle provenienti da fonti come il suolo che vengono sollevate dal vento e influiscono sul clima terrestre - sono difficili da stimare a livello globale.
«Questa è davvero la prima volta che è stato dimostrato, utilizzando la moderna documentazione osservativa e su scala globale (1), che i nutrienti trasportati dalla polvere che si deposita sull'oceano stanno creando una risposta nella biologia oceanica di superficie», ha affermato il dottor Toby Westberry, un oceanografo presso l'Oregon State e autore principale dell'articolo pubblicato su Science. (2)
L'oceano svolge un ruolo importante nel ciclo del carbonio; l'anidride carbonica dell'atmosfera si dissolve nelle acque superficiali, dove il fitoplancton trasforma il carbonio in materia organica attraverso la fotosintesi. Parte della materia organica appena formata affonda dalla superficie dell'oceano al mare profondo, dove viene rinchiusa, un percorso noto come pompa biologica.
Nel nuovo articolo, il dottor Westberry e altri scienziati dell'Oregon State; Università del Maryland, Contea di Baltimora; e il Goddard Space Flight Center della NASA stimano che la deposizione di polvere supporti il 4,5% della produzione annua globale di esportazione, o assorbimento, di carbonio. La variazione regionale in questo contributo può essere molto più elevata, avvicinandosi al 20% al 40%, hanno scoperto.
«Questo è importante perché è un percorso per far uscire il carbonio dall'atmosfera e giù nell'oceano profondo», ha detto Westberry. «La pompa biologica è uno dei controlli chiave sull'anidride carbonica atmosferica, che è un fattore dominante che guida il riscaldamento globale e il cambiamento climatico».
Nell'oceano, i nutrienti vitali per la crescita del fitoplancton sono in gran parte forniti attraverso il movimento fisico di quei nutrienti dalle acque profonde fino alla superficie, un processo noto come miscelazione o risalita. Ma alcuni nutrienti vengono forniti anche attraverso la polvere atmosferica.
Ad oggi, la comprensione della risposta degli ecosistemi marini naturali agli input atmosferici è stata limitata a eventi singolarmente di grandi dimensioni, come incendi, eruzioni vulcaniche e tempeste di polvere estreme. In effetti, una precedente ricerca (3) di Westberry e altri ha esaminato le risposte dell'ecosistema in seguito all'eruzione del 2008 sull'isola di Kasatochi nell'Alaska sudoccidentale.
Nel nuovo documento, Westberry e Michael Behrenfeld (4), un professore dell'Oregon State presso il Dipartimento di botanica e patologia vegetale, insieme a scienziati dell'UMBC e della NASA, hanno costruito su questa ricerca passata per esaminare la risposta del fitoplancton in tutto il mondo.
Westberry e Behrenfeld hanno concentrato i loro sforzi sull'utilizzo dei dati satellitari per esaminare i cambiamenti nel colore dell'oceano in seguito agli input di polvere. Le immagini a colori dell'oceano vengono raccolte ogni giorno in tutto l'oceano globale e riportano i cambiamenti nell'abbondanza di fitoplancton e la loro salute generale. Ad esempio, l'acqua più verde corrisponde generalmente a popolazioni di fitoplancton abbondanti e sane, mentre le acque più blu rappresentano regioni in cui il fitoplancton è scarso e spesso denutrito.
Gli scienziati dell'UMBC e della NASA hanno concentrato i loro sforzi sulla modellazione del trasporto e della deposizione della polvere sulla superficie dell'oceano.
«Determinare quanta polvere si deposita nell'oceano è difficile, perché gran parte della deposizione avviene durante i temporali quando i satelliti non possono vedere la polvere. Questo è il motivo per cui ci siamo rivolti a un modello», ha affermato la dottoressa Lorraine Remer (5) dell'UMBC, professoressa di ricerca presso il Goddard Earth Sciences Technology and Research Center II, un consorzio guidato dall'UMBC. Il team dell'UMBC ha utilizzato le osservazioni per confermare un modello globale della NASA prima di incorporare i suoi risultati nello studio.
Lavorando insieme, il team di ricerca ha scoperto che la risposta del fitoplancton alla deposizione di polvere varia in base alla posizione.
Nelle regioni oceaniche a bassa latitudine, la firma dell'input di polvere è vista prevalentemente come un miglioramento della salute del fitoplancton, ma non dell'abbondanza. Al contrario, il fitoplancton nelle acque a latitudini più elevate mostra spesso una salute migliore e una maggiore abbondanza quando viene fornita polvere. Questo contrasto riflette le diverse relazioni tra il fitoplancton e gli animali che se ne nutrono.
Gli ambienti a latitudine inferiore tendono ad essere più stabili, portando a uno stretto equilibrio tra crescita del fitoplancton e predazione. Pertanto, quando la polvere migliora la salute del fitoplancton, o il tasso di crescita, questa nuova produzione viene rapidamente consumata e trasferita quasi immediatamente lungo la catena alimentare.
A latitudini più elevate, il legame tra il fitoplancton ei suoi predatori è più debole a causa delle condizioni ambientali in costante cambiamento. Di conseguenza, quando la polvere stimola la crescita del fitoplancton, i predatori sono un passo indietro e le popolazioni di fitoplancton mostrano sia una salute migliore che una maggiore abbondanza.
Il team scientifico sta continuando questa ricerca, introducendo strumenti di modellazione migliorati e preparando dati satellitari più avanzati dalla prossima missione satellitare Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE) della NASA, alcuni dei quali saranno raccolti dal progetto UMBC e - HARP2 instrument (6).
«L'attuale analisi dimostra risposte biologiche oceaniche misurabili a un'enorme gamma dinamica di input atmosferici», ha affermato Westberry. «Prevediamo che, mentre il pianeta continua a riscaldarsi, questo legame tra l'atmosfera e gli oceani cambierà».
Riferimenti:
(1) Toby Westberry
(2) Atmospheric nourishment of global ocean ecosystems
(5) Lorraine Remer
(6) HARP2 on PACE – Earth and Space Institute - UMBC
Descrizione foto: Polvere d'Australia. - Credit: NASA Earth Observatory.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Scientists begin to unravel global role of atmospheric dust in nourishing oceans