La JOIDES Resolution sembra un bizzarro ibrido tra una piattaforma petrolifera e una nave da carico. È, infatti, una nave di ricerca che gli scienziati oceanici usano per scavare sedimenti dal fondo del mare. Nel 2003, durante un viaggio nell’Atlantico sud-orientale, gli scienziati a bordo della JOIDES Resolution hanno portato alla luce un bottino particolarmente impressionante.
Hanno perforato i sedimenti che si sono formati sul fondo del mare nel corso di milioni di anni. Il sedimento più antico nella trivella era bianco. Era stato formato da gusci di carbonato di calcio di organismi unicellulari – lo stesso tipo di materiale che compone le scogliere bianche di Dover. Ma quando gli scienziati hanno esaminato il sedimento che si era formato 55 milioni di anni fa, il colore è cambiato in un batter d’occhio geologico.
“Nel mezzo di questo sedimento bianco, c’è questo grande tappo di argilla rossa”, dice Andy Ridgwell, uno scienziato della terra all’Università di Bristol.
In altre parole, le vaste nuvole di creature sgusciate negli oceani profondi erano praticamente scomparse. Molti scienziati ora concordano sul fatto che questo cambiamento fu causato da un drastico calo del livello di pH dell’oceano. L’acqua del mare divenne così corrosiva che mangiò le conchiglie, insieme ad altre specie con carbonato di calcio nel loro corpo. Ci sono volute centinaia di migliaia di anni perché gli oceani si riprendessero da questa crisi e perché i fondali marini tornassero a essere bianchi.
L’argilla che l’equipaggio della JOIDES Resolution ha dissotterrato può essere un minaccioso avvertimento di ciò che il futuro ha in serbo. Sputando anidride carbonica nell’aria, stiamo rendendo gli oceani ancora una volta più acidi.
Il deposito di CO2 negli oceani ha un costo elevato: cambia la chimica dell’acqua marina.
Oggi, Ridgwell e Daniela Schmidt, sempre dell’Università di Bristol, pubblicano uno studio sulla rivista Natural Geoscience, confrontando ciò che è successo negli oceani 55 milioni di anni fa con ciò che gli oceani stanno vivendo oggi. La loro ricerca supporta ciò che altri ricercatori sospettano da tempo: L’acidificazione dell’oceano oggi è più grande e più veloce di qualsiasi cosa i geologi possano trovare nel record fossile negli ultimi 65 milioni di anni. Infatti, la sua velocità e forza – Ridgwell stima che l’attuale acidificazione dell’oceano sta avvenendo a dieci volte il tasso che ha preceduto l’estinzione di massa 55 milioni di anni fa – può significare il destino di molte specie marine, in particolare quelle che vivono nelle profondità oceaniche.
“Questo è un evento geologico quasi senza precedenti”, dice Ridgwell.
Quando noi umani bruciamo combustibili fossili, pompiamo anidride carbonica nell’atmosfera, dove il gas intrappola il calore. Ma gran parte di quell’anidride carbonica non rimane nell’aria. Invece, viene risucchiata negli oceani. Se non fosse per gli oceani, gli scienziati del clima credono che il pianeta sarebbe molto più caldo di oggi. Anche con il massiccio assorbimento di CO2 da parte degli oceani, l’ultimo decennio è stato il più caldo da quando è iniziata la registrazione moderna. Ma immagazzinare l’anidride carbonica negli oceani può avere un costo elevato: cambia la chimica dell’acqua di mare.
Alla superficie dell’oceano, l’acqua di mare ha tipicamente un pH di circa 8-8,3 unità pH. Per confronto, il pH dell’acqua pura è 7, e l’acido dello stomaco è circa 2. Il livello di pH di un liquido è determinato da quanti atomi di idrogeno caricati positivamente vi galleggiano dentro. Più ioni idrogeno ci sono, più basso è il pH. Quando l’anidride carbonica entra nell’oceano, abbassa il pH reagendo con l’acqua.
L’anidride carbonica che abbiamo immesso nell’atmosfera dalla rivoluzione industriale ha abbassato il livello di pH dell’oceano di 0,1. Può sembrare poco, ma non lo è. La scala del pH è logaritmica, il che significa che ci sono 10 volte più ioni idrogeno in un liquido a pH 5 che in uno a pH 6, e 100 volte più del pH 7. Di conseguenza, un calo di appena 0,1 unità di pH significa che la concentrazione di ioni idrogeno nell’oceano è salita di circa il 30% negli ultimi due secoli.
Per vedere come l’acidificazione degli oceani influenzerà la vita nell’oceano, gli scienziati hanno condotto esperimenti di laboratorio in cui hanno allevato organismi a diversi livelli di pH. I risultati sono stati preoccupanti – in particolare per le specie che costruiscono scheletri di carbonato di calcio, come i coralli e gli organismi simili alle amebe chiamati foraminiferi. L’idrogeno extra nell’acqua di mare a basso pH reagisce con il carbonato di calcio, trasformandolo in altri composti che gli animali non possono usare per costruire i loro gusci.
Questi risultati sono preoccupanti, non solo per le specie particolari che gli scienziati studiano, ma per gli ecosistemi in cui vivono. Alcune di queste specie vulnerabili sono cruciali per interi ecosistemi nell’oceano. I piccoli organismi che costruiscono le conchiglie sono cibo per gli invertebrati, come i molluschi e i piccoli pesci, che a loro volta sono cibo per i predatori più grandi. Le barriere coralline creano una foresta pluviale sottomarina, cullando un quarto della biodiversità dell’oceano.
Ma da soli, gli esperimenti di laboratorio che durano pochi giorni o settimane potrebbero non dire agli scienziati come l’acidificazione degli oceani influenzerà l’intero pianeta. “Non è ovvio cosa significhino nel mondo reale”, dice Ridgwell.
Un modo per ottenere maggiori informazioni è guardare la storia degli oceani stessi, che è quello che Ridgwell e Schmidt hanno fatto nel loro nuovo studio. A prima vista, questa storia potrebbe suggerire che non abbiamo nulla di cui preoccuparci. Cento milioni di anni fa, c’era oltre cinque volte più anidride carbonica nell’atmosfera e l’oceano aveva un pH inferiore di 0,8 unità. Eppure c’era molto carbonato di calcio per i foraminiferi e altre specie. Fu durante questo periodo, infatti, che gli organismi marini che costruiscono conchiglie produssero le formazioni calcaree che sarebbero poi diventate le Bianche Scogliere di Dover.
Ma c’è una differenza cruciale tra la Terra 100 milioni di anni fa e oggi. Allora, le concentrazioni di anidride carbonica cambiavano molto lentamente nel corso di milioni di anni. Questi lenti cambiamenti hanno innescato altri lenti cambiamenti nella chimica della Terra. Per esempio, mentre il pianeta si riscaldava a causa della maggiore anidride carbonica, l’aumento delle precipitazioni portava più minerali dalle montagne nell’oceano, dove potevano alterare la chimica dell’acqua marina. Anche a pH basso, l’oceano contiene abbastanza carbonato di calcio disciolto per la sopravvivenza dei coralli e di altre specie.
Oggi, tuttavia, stiamo inondando l’atmosfera di anidride carbonica a una velocità raramente vista nella storia del nostro pianeta. Gli scienziati hanno setacciato i fossili alla ricerca di periodi storici che potrebbero offrire indizi su come il pianeta risponderà all’attuale scossa di carbonio. Hanno scoperto che 55 milioni di anni fa, la Terra ha attraversato un cambiamento simile. Lee Kump della Penn State e i suoi colleghi hanno stimato che circa 6,8 trilioni di tonnellate di carbonio sono entrate nell’atmosfera terrestre in circa 10.000 anni.
Nessuno può dire con certezza cosa ha scatenato tutto quel carbonio, ma sembra che abbia avuto un effetto drastico sul clima. Le temperature aumentarono tra i 5 e i 9 gradi Celsius (da 9 a 16 Fahrenheit). Molte specie di acque profonde si estinsero, probabilmente perché il pH dell’oceano profondo divenne troppo basso per la loro sopravvivenza.
Ma questa antica catastrofe (conosciuta come il massimo termico del Paleocene-Eocene, o PETM) non era un perfetto prequel di ciò che sta accadendo sulla Terra oggi. La temperatura era più calda prima che la bomba di carbonio esplodesse, e il pH degli oceani era più basso. Anche la disposizione dei continenti era diversa. I venti soffiavano di conseguenza in schemi diversi, spingendo gli oceani in direzioni diverse.
Tutti questi fattori fanno una grande differenza sull’effetto dell’acidificazione degli oceani. Per esempio, l’effetto che il pH basso ha sugli organismi che costruiscono lo scheletro dipende dalla pressione e dalla temperatura dell’oceano. Sotto una certa profondità nell’oceano, l’acqua diventa così fredda e la pressione così alta che non c’è più carbonato di calcio per gli organismi che costruiscono le conchiglie. Questa soglia è conosciuta come l’orizzonte di saturazione.
La nostra civiltà alimentata dal carbonio sta influenzando la vita ovunque sulla Terra – anche nelle profondità marine.
Per fare un confronto significativo tra il PETM e oggi, Ridgwell e Schmidt hanno costruito simulazioni su larga scala dell’oceano in entrambi i punti del tempo. Hanno creato una versione virtuale della Terra 55 milioni di anni fa e hanno lasciato correre la simulazione fino a raggiungere uno stato stabile. Il livello di pH del loro oceano simulato è caduto nella gamma di stime del pH dell’oceano reale 55 milioni di anni fa. Hanno poi costruito una versione della Terra moderna, con la disposizione odierna dei continenti, la temperatura media e altre variabili. Hanno lasciato che il mondo moderno raggiungesse uno stato stabile e poi hanno controllato il pH dell’oceano. Ancora una volta, corrispondeva al pH reale trovato negli oceani oggi.
Ridgwell e Schmidt hanno poi scosso entrambi questi oceani simulati con massicce iniezioni di anidride carbonica. Hanno aggiunto 6,8 trilioni di tonnellate di carbonio in 10.000 anni al loro mondo PETM. Usando proiezioni conservative delle emissioni future di carbonio, hanno aggiunto 2,1 trilioni di tonnellate di carbonio in pochi secoli al loro mondo moderno. Ridgwell e Schmidt hanno poi usato il modello per stimare quanto facilmente il carbonato si dissolverebbe a diverse profondità dell’oceano.
I risultati sono stati sorprendentemente diversi. Ridgwell e Schmidt hanno scoperto che l’acidificazione degli oceani sta avvenendo circa dieci volte più velocemente oggi rispetto a 55 milioni di anni fa. E mentre l’orizzonte di saturazione è salito a 1.500 metri 55 milioni di anni fa, sbanderà fino a 550 metri in media entro il 2150, secondo il modello.
Il PETM fu abbastanza potente da innescare estinzioni diffuse negli oceani profondi. I cambiamenti più veloci e più grandi dell’oceano di oggi potrebbero portare una nuova ondata di estinzioni. I paleontologi non hanno trovato segni di grandi estinzioni di coralli o di altre specie a base di carbonato nelle acque superficiali intorno al PETM. Ma poiché l’acidificazione degli oceani di oggi è molto più forte, potrebbe influenzare anche la vita in acque poco profonde. “Non possiamo dire cose sicure sugli impatti sugli ecosistemi, ma ci sono molti motivi di preoccupazione”, dice Ridgwell.
Ellen Thomas, paleoceanografa all’Università di Yale, dice che il nuovo documento “è altamente significativo per le nostre idee sull’acidificazione degli oceani”. Ma fa notare che la vita nell’oceano è stata sconvolta da più di un semplice calo del pH. “Non sono convinto che sia l’intera risposta”, dice. La temperatura dell’oceano è aumentata e i livelli di ossigeno sono scesi. Insieme, tutti questi cambiamenti hanno avuto effetti complessi sulla biologia dell’oceano 55 milioni di anni fa. Gli scienziati ora devono determinare che tipo di effetto combinato avranno sull’oceano in futuro.
La nostra civiltà alimentata dal carbonio sta influenzando la vita ovunque sulla Terra, secondo il lavoro di scienziati come Ridgwell – anche la vita che abita migliaia di metri sott’acqua. “La portata delle nostre azioni può davvero essere abbastanza globale”, dice Ridgwell. È del tutto possibile che i sedimenti oceanici che si formeranno nei prossimi secoli cambieranno dal bianco del carbonato di calcio all’argilla rossa, poiché l’acidificazione degli oceani spazzerà via gli ecosistemi delle profondità marine.
“Questo darà alla gente, tra centinaia di milioni di anni, qualcosa con cui identificare la nostra civiltà”, dice Ridgwell.