Paleoceanografia

Le carote di sedimento marino prelevate nei mari polari sono un archivio climatico che consente di studiare eventi climatici recenti e del passato geologico. Lo studio di questi archivi valuta l’impatto che le forzanti naturali (quali ad esempio l’estensione del ghiaccio marino, la produttività oceanica e le eruzioni vulcaniche) hanno avuto e potranno avere sull’evoluzione climatica del nostro pianeta. Uno dei temi principali nello studio dei cambiamenti climatici è rappresentato dalla capacità di discriminare la variabilità naturale del clima dalle interferenze di origine antropica e per questo ci si avvale di misure indirette (proxies). L’utilizzo di proxies geochimici, quali gli elementi in traccia, gli isotopi stabili e radiogenici, i composti organici e la silice biogenica negli archivi sedimentari marini e nello scheletro degli organismi carbonatici (foraminiferi, coralli profondi, balanidi) permette di ricostruire le variazioni di temperatura, salinità, ciclo del carbonio, estensione del ghiaccio marino, produttività, circolazione e ventilazione degli oceani polari nel passato. Inoltre, una migliore comprensione della variabilità climatica naturale attraverso l’acquisizione di dati paleoceanografici e il confronto con le simulazioni ottenute da modelli climatici, consentono di migliorare le performance dei modelli previsionali.
 
Le sfide principali dell’Istituto di Scienze Polari nella ricerca paleoceanografica riguardano soprattutto l’acquisizione di record paleoceanografici ad alta risoluzione nel Mare di Ross e in diverse regioni dell’Oceano Artico e lo sviluppo di nuovi proxies geochimici per lo studio della variabilità climatica nelle regioni polari durante il Quaternario.

Foto di Leonardo Langone (CNR-ISP) - Sedimenti laminati prelevati nella Baia di Edisto (Mare di Ross)

Implicazioni astrobiologiche

Nella ricerca di risposte legate all'origine, evoluzione e distribuzione delle forme viventi nell'universo, gli ambienti estremi possono rappresentare analoghi terrestri per studi astrobiologici. I loro parametri geologici ed ambientali non replicano del tutto, ma certamente mimano quelli riscontrati ad esempio su Marte e Venere, e le lune di Giove (ad esempio Europa) e Saturno (Titano ed Encelado). In questo contesto, allo scopo di stabilire se le condizioni fisico/chimiche di un determinato corpo celeste possano sostenere la vita come noi la conosciamo sulla Terra, alcuni habitat polari sono l’oggetto di indagini sull’abitabilità galattica. Tali ambienti si prestano per testare metodologie, protocolli e tecnologie, nonché per stabilire i processi fisici e chimici o i meccanismi di sopravvivenza e adattamento dei microrganismi, favorendo la nostra attuale comprensione dei limiti della vita, sia nel presente che nel passato geologico.

Permafrost

Il permafrost tiene immagazzinate e segregate al suo interno grandi quantità di carbonio organico (OC). L'aumento della temperatura, dovuto ai cambiamenti climatici in atto, sta causando la fusione di rilevanti porzioni di permafrost rendendo di fatto disponibile alla decomposizione microbica il contenuto di OC. I processi metabolici legati alla riattivazione del permafrost possono quindi liberare in atmosfera rilevanti quantità di gas serra, quali anidride carbonica e metano, in grado di incidere sul cambiamento climatico. L'estensione, la velocità di fusione, la variabilità spaziale di questi processi sono ancora poco conosciuti e rappresentano una delle principali incognite sulla previsione del feedback al clima. Ma il permafrost, oltre che sulla terra, si trova anche sotto il fondo del mare, nelle piattaforme continentali delle regioni polari. Il permafrost sottomarino, formatosi durante l'ultima era glaciale, rappresenta un fattore molto importante per la stabilità/instabilità delle zone costiere e delle strutture fondate sul fondo del mare ma soprattutto la sua destabilizzazione può portare al rilascio di grandi quantità di gas metano, che è un potente gas serra.

Foto di Rachele Lodi (CNR-ISP)

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L’acqua, fondamentale per la vita, costituisce una linea di unione tra i vari comparti che formano il sistema Terra; è l’unica sostanza che si trova nel nostro Pianeta contemporaneamente nei suoi tre stati di aggregazione: liquido, gassoso e solido che altro non è se non… acqua congelata!. Come neve, durante l’inverno, ricopre il terreno di vaste aree alle medie ed alte latitudini per poi fondere nelle stagioni più calde. Nelle zone più fredde invece, ai poli e sulle montagne più elevate, permane tutto l’anno, trasformandosi nel tempo prima in firn e quindi in ghiaccio. Anche i suoli delle regioni alpine d’alta quota e delle aree polari, definiti permafrost, sono un miscuglio di terra, roccia e sedimenti legati insieme dal ghiaccio. Oceani, laghi e fiumi, sono la fase liquida dell’acqua e senza di essi la vita sul nostro Pianeta non sarebbe possibile. Le nuvole altro non sono se non vapore d’acqua che trasporta in sé polveri, ceneri, metalli o pollini depositandoli sulle regioni polari, e non solo, svelando i cambiamenti nella circolazione delle masse d'aria o il verificarsi di eventi globali come improvvise eruzioni vulcaniche.
 
Le comunità biologiche polari sono testimoni spesso mute dei cambiamenti in atto: su di loro l’impatto antropico può essere devastante per cui diventa fondamentale migliorare le nostre conoscenze sullo stato attuale degli ecosistemi polari e poter effettuare predizioni per il futuro. Alcuni habitat polari rappresentano inoltre un importante laboratorio terrestre per studi astrobiologici in preparazione a future missioni di ricerca nello spazio.
 
La storia del nostro Pianeta, dei suoi abitanti e delle sue genti ma anche dei tempi precedenti all’uomo, è racchiusa e conservata nel ghiaccio e nei sedimenti.
Il ghiaccio rappresenta una testimonianza del passato poiché ogni fiocco di neve conserva la storia di come era il nostro pianeta al momento di ogni singola nevicata. La temperatura viene registrata direttamente nella molecola d'acqua attraverso i diversi rapporti isotopici di ossigeno e idrogeno che la compongono. Tracce di polveri, ceneri, metalli o pollini svelano i cambiamenti nella circolazione delle masse d'aria o il verificarsi di eventi globali come improvvise eruzioni vulcaniche. Una storia preservata in minuscoli cristalli, vere e proprie pagine di antichi manoscritti custoditi in una biblioteca ghiacciata! Informazioni di straordinaria importanza per comprendere non solo il passato e il nostro oggi, ma anche implementare e validare i modelli climatici indispensabili per simulare scenari futuri.
I sedimenti marini conservano al loro interno una storia ancora più lontana che ci consente di vedere ben oltre la storia umana permettendoci di mettere le basi per la comprensione del Sistema Terra e di come l’impatto umano ne abbia alterato il ciclo naturale. Minuscoli organismi hanno lasciato la loro testimonianza del clima esistente nelle epoche in cui sono vissuti aiutandoci a comprendere l’evoluzione del nostro Pianeta.