Una visione della pompa biologica del carbonio nel mare

Gli oceani svolgono un ruolo importante nel bilancio globale dell'anidride carbonica. Ospitano miliardi e miliardi di piccole alghe che, grazie alla fotosintesi, assorbono l'anidride carbonica e la incorporano nella loro biomassa. Quando queste alghe muoiono, insieme agli escrementi dei minuscoli crostacei che se ne nutrono, scendono nelle zone più profonde sotto forma di cosiddetta neve marina, dove circa l'1% dell'anidride carbonica incorporata viene sepolta nei fondali marini per migliaia di anni.

Neve marina che scorre silenziosa

Poiché questa precipitazione persistente di fiocchi di neve marini rimuove il carbonio nelle profondità oceaniche, gli esperti la chiamano anche pompa biologica. Le prestazioni della pompa biologica del carbonio sono determinate essenzialmente da due processi opposti: L'affondamento dei fiocchi di organi e la loro decomposizione da parte dei batteri. I fiocchi che affondano aumentano il flusso di carbonio in profondità, mentre i batteri che si decompongono riducono il flusso di carbonio rimuovendo il carbonio dalle particelle che affondano. Gli attuali modelli oceanici presuppongono che i due processi - tasso di affondamento e tasso di decomposizione - siano indipendenti l'uno dall'altro. "Ma noi abbiamo dimostrato che i processi di decomposizione sono accelerati dall'affondamento", spiega Uria Alcolombri dell'Istituto di ingegneria ambientale dell'ETH di Zurigo.

Alcolombri è il primo autore di un articolo appena pubblicato sulla rivista pagina esternaNatura Geoscienze studio pubblicato dal gruppo di ricerca guidato da Roman Stocker. I ricercatori hanno utilizzato un trucco per le loro indagini: invece di seguire i fiocchi che affondano nel mare, hanno collocato singole particelle di alginato di dimensioni millimetriche in una camera microfluidica attraverso la quale hanno pompato acqua marina artificiale. "Nei nostri esperimenti, i fiocchi di neve non si sono mossi attraverso il mare, ma il mare si è mosso intorno ai fiocchi di neve. Ma la velocità relativa è rimasta la stessa", spiega Alcolombri.

Prodotti di decomposizione galleggianti

I ricercatori hanno colonizzato le particelle di alginato con batteri geneticamente modificati che si illuminano di verde. Questi batteri hanno umwelt und Geomatik molto più rapidamente quando l'acqua scorre nella camera. I ricercatori spiegano il fatto che la decomposizione delle particelle richiede circa dieci volte più tempo in acqua ferma con il fatto che i prodotti della decomposizione vengono lavati via dall'acqua che scorre. Di conseguenza, gli enzimi dei batteri svolgono il loro lavoro esclusivamente sulle particelle, senza dover dedicare tempo all'ulteriore decomposizione delle molecole già scomposte.

Sulla base di questa osservazione, Alcolombri e il suo collega Fran?ois Peaudecerf hanno progettato un nuovo modello della pompa biologica del carbonio nell'oceano che tiene conto dell'influenza dell'affondamento sulla decomposizione dei fiocchi. I calcoli del modello suggeriscono che la maggiore decomposizione delle particelle causata dall'affondamento riduce della metà l'efficienza teorica di trasporto della pompa del carbonio. Inoltre, gran parte delle alghe morte è già decomposta negli strati più alti dell'oceano, il che corrisponde esattamente alle misurazioni del trasporto reale di carbonio nel mare.

La cosa più piccola influisce sul quadro generale

Alcolombri afferma che lo scopo della sua ricerca non è quello di aumentare le prestazioni della pompa biologica del carbonio, ma piuttosto: "Siamo interessati alla comprensione fondamentale dei processi naturali. Volevamo sapere come funziona la pompa biologica", afferma Alcolombri. "Questa comprensione è importante se vogliamo prevedere meglio come gli oceani reagiranno ai cambiamenti climatici".

Il fatto che il tasso di degradazione della neve marina - e indirettamente anche il contenuto globale di anidride carbonica nell'atmosfera - sia stato determinato da dinamiche di trasporto microscopiche dimostra ancora una volta che anche le cose più piccole nell'ambiente possono avere un impatto sul quadro generale.