Scoperto il collegamento tra correnti oceaniche e clima della Terra

[30 giugno 2014]

Per decenni, gli scienziati del clima hanno cercato di spiegare perché i cicli glaciali siano diventati più lunghi ed intensi circa 900.000 anni fa, passando da cicli di 41.000 anni per cicli di 100.000 anni. Con il nuovo Studio “Thermohaline circulation crisis and impacts during the mid-Pleistocene transition” pubblicato su Science due ricercatori della Columbia University, Leopldo Pena, del Lamont-Doherty Earth Observatory e Strenven Goldstein, del dipartimento scienze della terra ed ambientali, pensano di aver risolto il mistero.
Secondo quanto si legge sul sito dell’Earth Observatory of Columbia University, «I ricercatori hanno scoperto che le correnti oceaniche profonde che spostano il calore in tutto il mondo sono andate in stallo o si sono addirittura fermate, forse a causa dell’espansione della copertura di ghiaccio nel nord. Il rallentamento delle correnti ha aumentato lo stoccaggio di anidride carbonica negli oceani, lasciandone meno nell’atmosfera, il che ha mantenuto le temperature fredde e spinto il sistema climatico in una nuova fase di più fredda ma con meno frequenti glaciazioni».

Leopoldo Pena, che è un paleoceanografo, spiega che «Gli oceani hanno cominciato a immagazzinare più anidride carbonica per un periodo di tempo più lungo. La nostra prova dimostra che gli oceani hanno svolto un ruolo importante nel rallentare il ritmo delle ere glaciali e nel renderle più gravi».

Il team della Columbia University ha ricostruito le correnti profonde del sistema terrestre del passato attraverso il campionamento di sedimenti al largo della costa del Sud Africa, dove le potenti correnti originatesi nel Nord Atlantico proseguono il loro cammino verso l’Antartide. Quanto vigorosamente queste correnti si siano spostate nel passato si può dedurre da quanto l’acqua del Nord Atlantico è arrivata così lontano, come dimostrano le misurazioni dei rapporti isotopici del neodimio, un metallo che fa parte del gruppo delle “terre rare”, un elemento che porta la firma dell’acqua marina del Nord Atlantico. Come fossero un registratore a nastro temporale, i gusci dell’antico plancton assorbono questo segnale dell’acqua di mare, permettendo agli scienziati di valutare quando le correnti al largo del Sud Africa sono diventate più forti e più deboli.

L’Earth Observatory of Columbia University evidenzia che «Questi campionamenti hanno confermato che, come si pensava, negli ultimi 1,2 milioni di anni, correnti come quelle convettive si sono rafforzate durante i periodi caldi e indebolite durante le ere glaciali, come si pensava». Ma Pena e Goldstein hanno anche scoperto che «Circa 950.000 a anni fa, la circolazione oceanica si è indebolita in modo significativo ed è rimasta debole per 100 mila anni», durante questo periodo il pianeta ha saltato un intervallo interglaciale caldo, entrando in una fase di più di 100.000 anni di cicli delle ere glaciali. «Dopo questa svolta – fanno notare i ricercatori – le correnti oceaniche profonde sono rimaste deboli durante le ere glaciali, e le ere glaciali stesse sono diventate più fredde».

Goldstein, che è un geochimico, ha sottolineato che «La nostra scoperta di un importante guasto nel sistema di circolazione oceanica è stata una grande sorpresa. Ha permesso alle calotte di ghiaccio di crescere quando avrebbero dovuto sciogliersi, innescando il primo ciclo di 100.000 anni».

Le ere glaciali vanno e vengono a intervalli prevedibili in base alla quantità cambiamento di luce solare che investe il nostro pianeta a causa di variazioni dell’orbita terrestre intorno al sole. Ma solo i cambiamenti orbitali non sono sufficienti a spiegare l’improvviso passaggio ad intervalli più lunghi delle ere glaciali.
Secondo una prima ipotesi, il progresso dei ghiacciai in Nord America avrebbe occupato nuovi territori in Canada prima occupati da vegetazione, portando ad una maggiore durata del ghiaccio anche in mare. Basandosi su questa idea, i ricercatori ipotizzano che l’avanzata del ghiaccio possa aver innescato il rallentamento delle correnti oceaniche profonde, portando gli oceani ad emettere meno CO2, il che ha impedito l’innesco del periodo interglaciale che avrebbe dovuto seguire. Una teoria che sembra confermata anche da un altro studio del 2009 (Atmospheric carbon dioxide concentration across the mid-plestiocene transition) che diceva che proprio in quel periodo i livelli di CO2 erano calati bruscamente. Glodstein spiega ancora: «Le banchise glaciali devono aver raggiunto uno stato critico che ha spostato il sistema di circolazione dell’oceano ad una modalità più debole».

Il neodimio, un materiale essenziale per costruire telefoni cellulari, cuffie, computer e turbine eoliche, è quindi anche un elemento utile per misurare la forza delle antiche correnti oceaniche di profondità. Goldstein ed i suoi colleghi lo avevano già utilizzato nel 2000, sempre per sedimenti profondi, nello studio “Reduced North Atlantic Deep Water flux to the glacial Southern Ocean inferred from neodymium isotope ratios” per dimostrare che la circolazione oceanica era già rallentata nelle era passate. Anche in un altro studio “follow-up” (Temporal Relationships of Carbon Cycling and Ocean Circulation at Glacial Boundaries), pubblicato ancora su Science nel 2005, è stato usato lo stesso metodo per dimostrare che i cambiamenti climatici hanno preceduto i cambiamenti nella circolazione oceanica. Il neodimio è un oligoelemento presente nella crosta terrestre che raggiunge il mare attraverso il dilavamento o l’erosione dei continenti e, con il suo decadimento radioattivo naturale, lascia una firma unica che riporta alla massa terrestre dalla quale proviene.

Quando Goldstein e la sua collega Sidney Hamming, del Lamont-Doherty Earth Observatory,, alla fine degli anni ’90, iniziarono per primi ad utilizzare questo metodo, raramente si preoccupavano che il neodimio proveniente dall’ambiente circostante contaminasse i loro campioni, ma con l’aumento dell’elettronica di consumo è cambiato tutto: «Prima ero solito dire che l’elaborazione di un campione per l’analisi al neodimio si poteva fare anche in un parcheggio, ora non più».