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Il fitoplancton pompa carbonio nell’atmosfera su grande scala

Una delle cose più affascinanti del pianeta Terra è il modo in cui la vita modella la Terra e la Terra modella la vita. Dobbiamo solo tornare al Great Oxygenation Event (GOE) di 2,4 miliardi di anni fa per capire come le forme di vita hanno modellato la Terra. I fitoplancton chiamati cianobatteri pomparono nell’atmosfera ossigeno, estinguendo la maggior parte della vita sulla Terra aprendo la strada allo sviluppo della vita multicellulare.

La Terra primitiva soddisfaceva le condizioni iniziali perchè la vita potesse apparire e le forme di vita stanno modellando ancora l’atmosfera, il paesaggio e gli oceani in diverse modalità. Alla base di questi cambiamenti c’è anche il fitoplancton.

Il fitoplancton è costituito da microscopiche forme di vita che vivono sia in acqua dolce che salata. Sono produttori primari, cioè sono alla base della catena alimentare. Sono autotrofi, nel senso che gli organismi che compongono il fitoplancton producono il proprio cibo. Producono i loro composti organici come carboidrati, proteine ​​e grassi, da semplici sostanze presenti nell’atmosfera come l’anidride carbonica (CO2), e tale processo è tutto guidato dal sole. Inoltre i fitoplancton assorbono i nutrienti dall’acqua che li circonda.

fitoplancton
Illustrazioni (non in scala) di alcuni tipi di fitoplancton, da sinistra a destra: cianobatteri, diatomee, dinoflagellate, alghe verdi, coccolitoforo. Credito immagine: di Collage adattato da disegni e microfotografie di Sally Bensusen, NASA EOS Project Science Office – NASA Earth Observatory, Public Domain

Un nuovo studio dell’Agenzia spaziale europea sui cambiamenti climatici ha esamina globalmente il fitoplancton del pianeta nell’arco degli ultimi 20 anni. Un comunicato stampa dell’ESA che annuncia lo studio ha denominato il fitoplancton la “pompa di carbonio” del pianeta. Cosa significa?

Il pompaggio del carbonio, chiamato anche pompaggio biologico , è la trasformazione del carbonio dell’atmosfera in carbonio organico. Il carbonio organico poi sprofonda nei fondali oceanici e si decompone. Quindi l’oceano contiene carbonio come l’atmosfera. Una parte di questo carbonio finisce nei sedimenti e può venire diviso dall’atmosfera per milioni di anni. Il pompaggio del carbonio aiuta a regolarne la quantità nell’atmosfera, senza questo meccanismo naturale l’atmosfera conterrebbe circa 200 ppm in più di carbonio. (circa 600 ppm!)

fitoplancton
Questa semplice grafica mostra il pompaggio di carbonio tra l’atmosfera e gli oceani. Credito di immagine: per lavoro derivato: McSush (talk) CO2_pump_hg.png: Hannes Grobe 21:52, 12 agosto 2006 (UTC), Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven, Germany – CO2_pump_hg.png, CC BY-SA 2.5

La figura illustra come la vita modella la Terra: come sarebbero le cose se la nostra atmosfera non avesse 418 ppm di CO 2 (2020), ma un livello superiore superiore di circa 600 ppm?

Il fitoplancton svolge un altro ruolo importante: produrre ossigeno. Gli scienziati sostengono che è in grado di produrre tra il 50% e l’85% dell’ossigeno del pianeta. La stima corretta non è semplice da determinare perché l’intera popolazione di fitoplancton cambia con le stagioni.

Il nuovo articolo si intitola ” Produzione primaria, un indice dei cambiamenti climatici nell’oceano: stime basate su satelliti per due decenni “. L’autore principale è Gemma Kulk, una fisiologa del fitoplancton del Plymouth Marine Laboratory nel Regno Unito. L’articolo è pubblicato sulla rivista Remote Sensing.

Poiché il fitoplancton è un produttore primario alla base della catena alimentare, la variazione della sua popolazione hanno conseguenze su vasta scala per la Terra. I cambiamenti possono influenzare non solo la concentrazione di CO 2 nell’atmosfera, ma anche la biodiversità e le popolazioni ittiche.

European Space Agency, ESAQuesta mappa mostra la produttività primaria annua globale dal 1998-2018. In un recente articolo pubblicato su Remote Sensing, gli scienziati hanno utilizzato i dati della Ocean Colour Climate Change Initiative per studiare i modelli a lungo termine della produzione primaria e la sua variabilità interannuale. Credits: Ocean Colour CCI, Plymouth Marine Laboratory/ESA

“Tutti comprendono l’importanza delle foreste pluviali e degli alberi: sono i polmoni della Terra, assorbono l’anidride carbonica dall’atmosfera”, dice l’autore dell’articolo Kulk in un comunicato stampa. “Ciò che viene trascurato è che gli oceani hanno un’importanza molto simile – ogni secondo il nostro respiro viene anche dagli oceani.”

Con la crescente influenza dei cambiamenti climatici, lo stato del fitoplancton sta attirando l’attenzione degli scienziati. Vogliono sapere come il fitoplancton risponde al riscaldamento superficiale dell’oceano, dove vive il fitoplancton. I dati satellitari sono una parte fondamentale per questo studio.

Il fitoplancton e i loro effetti variano molto, in base alla posizione geografica, dei cambiamenti stagionali e annuali. Ma nel complesso, due decenni di studio ci ha consentito di scoprire che la produzione primaria fa variare tra le 38 e 42 gigatonnellate di carbonio all’anno. Lo studio ha messo in evidenza anche alcune differenze di zone. La produzione primaria è maggiore nelle aree costiere rispetto agli oceani aperti.

Nel loro articolo gli autori scrivono: “La produzione primaria di fitoplancton è forzata da condizioni fisico-chimiche nella colonna d’acqua, tra cui temperatura, luce e micro e macro nutrienti. Questi fattori sono influenzati dalle variazioni stagionali, inter-annuali e multidecadali nei processi oceanici e atmosferici. ”

Il team ha indicato le regioni polari come esempio. “la produzione primaria di fitoplancton nelle regioni polari è fortemente influenzata dai modelli stagionali di irraggiamento solare e dalla formazione di strati misti superficiali dovuti allo scioglimento del ghiaccio in primavera ed estate.”

Lo studio ha anche mostrato che l’attività del fitoplancton è cambiata in risposta a eventi come El Niño , l’oscillazione del Nord Atlantico e il dipolo nell’Oceano Indiano. Questi tre fenomeni causano cambiamenti della temperatura dell’oceano come El Niño e il Dipolo nell’Oceano Indiano e l’oscillazione della pressione atmosferica del Nord Atlantico.

Studi a lungo termine come questo possono servire a due scopi. Possono mostrare come il fitoplancton risponde ai cambiamenti climatici e segnalarne i cambiamenti.

Una fioritura di alghe nel Mar Baltico. Una fioritura di alghe è la rapida moltiplicazione del fitoplancton. In questi eventi, l'oceano è colorato di verde dalla clorofilla, rendendo queste fioriture facilmente rilevabili dal satellite. Credito di immagine: contiene i dati modificati di Copernicus Sentinel (2019), elaborati dall'ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
Fioritura di alghe nel Mar Baltico. Una fioritura di alghe è la rapida moltiplicazione del fitoplancton. In questi eventi, l’oceano è colorato di clorofilla verde , rendendo queste fioriture facilmente osservabili dal satellite. Credito di immagine: contiene dati modificati da Copernicus Sentinel (2019), elaborati dall’ESA,  CC BY-SA 3.0 IGO

Shubha Sathyendranath è del Plymouth Marine Laboratory ed è anche Science Leader dell’Iniziativa Ocean Color Climate Change. Sathyendranath è coautrice dello studio e in un comunicato stampa ha dichiarato:

“Abbiamo avuto 20 anni di dati, è necessario attendere almeno 30 anni per poter identificare qualsiasi chiara tendenza climatica con sufficiente fiducia. È fondamentale che il set di dati sul colore degli oceani venga parte dell’indagine sui cambiamenti climatici stabiliti costantemente, in modo da parte di una registrazione empirica della risposta della biologia oceanica ai cambiamenti climatici.”

Non è facile studiare gli effetti del fitoplancton e il telerilevamento satellitare non può essere automatizzato. Richiede anche misurazioni in situ. Questo in parte è dovuto al fatto che il telerilevamento deve assegnare una velocità di attività fotosintetica ai colori che osserva nell’oceano dove è attivo il fitoplancton. Le misurazioni dei satelliti non sono in grado di distinguere facilmente tra attività di fotosintesi e irradianza. Lo studio fa uso di quella che viene chiamata curva fotosintesi contro irradianza (PI) .

Posizioni di esempio per esperimenti di fotosintesi contro irradianza (PI) ottenuti da database e letteratura con copertura stagionale in ciascuna provincia biogeografica. Un totale di 8676 esperimenti di PI sono stati utilizzati nel presente studio, coprendo 53 province biogeografiche e il 96,6% dell'oceano mondiale. È stata ottenuta un'elevata copertura dei dati stagionali per 37 province (3-4 stagioni, copertura del 79,9%). Credito d'immagine: Kulk et al, 2020.
Esempio di posizioni per esperimenti di fotosintesi contro irradianza (PI) ottenuti da database e letteratura con copertura stagionale in ciascuna provincia biogeografica. Un totale di 8676 esperimenti di PI sono stati utilizzati nel presente studio, coprendo 53 zone biogeografiche e il 96,6% dell’oceano mondiale. È stata ottenuta un’elevata copertura dei dati stagionali per 37 zone (3-4 stagioni, copertura del 79,9%). Credito d’immagine: Kulk et al, 2020.

In questo studio, gli autori hanno usato 83 diverse zone dell’oceano, o zone marine, e hanno anche fatto affidamento su misurazioni in situ del fitoplancton da altri studi.

Questo studio è significativo non solo perché copre due decenni di ricerca. È anche eccezionalmente completo e utilizza una tecnologia che non era disponibile in passato. Nella conclusione del loro articolo, gli autori scrivono:

“È la prima volta che osservazioni di colore oceanico multi sensore altamente controllate, con correzione della distorsione tra i sensori, rilevate per circa due decenni, sono state combinate con una maggiore copertura spaziale e temporale di osservazioni in situ dei parametri fotosintetici del fitoplancton, per calcolare l’entità e la variabilità della produzione primaria su scala globale. “

Gli autori inoltre – cauti come scienziati – affermano che i dati non parlano dei cambiamenti climatici. “La variabilità della produzione primaria annuale globale potrebbe essere correlata alle oscillazioni inter-annuali e multidecadali, in modo tale che l’attuale documentazione delle osservazioni sul colore degli oceani non sia sufficiente per rilevare le tendenze associate ai cambiamenti climatici.”

Gli autori sottolineano inoltre anche la debolezza dei dati. “Tuttavia, rimane ancora la necessità di migliorare la copertura dei dati su vaste aree dell’oceano. In particolare, vaste aree del Pacifico e dell’Oceano Indiano rimangono scarsamente campionate. ”

Cos’è il fitoplancton

Il fitoplancton è di grande importanza, poiché non solo svolge un ruolo molto importante nella catena alimentare oceanica, in particolare nel ciclo del carbonio, ma è stato recentemente scoperto che con la sua attività biologica influenza la formazione delle nubi oceaniche dell’Antartide.

Fitoplancton
Esempio di alga che vive nel fitoplancton

Il fitoplancton comprende esseri vegetali viventi che galleggiano in una colonna d’acqua, date le minuscole dimensioni degli organismo che lo compongono, la capacità di nuoto è ridotta al minimo e non riesce a superare l’inerzia delle maree, onde o correnti. Sono organismi autotrofi in grado di svolgere la fotosintesi. La loro importanza è fondamentale dato che formano la base dell’importantissima catena alimentare degli oceani.

Quali organismi compongono il fitoplancton?

Il fitoplancton ha una grande biodiversità, la composizione delle specie che lo popolano varia a seconda delle condizioni naturali del luogo e della presenza o dell’assenza di nutrienti, ma anche  da molti altri fattori. Le specie che possiamo trovare appartengono a questi gruppi:

  • Diatomee
  • Dinoflagellati
  • Cianofiti o alghe blu-verdi
  • Alghe brune
  • Coccolitoforidi

Fra i vari gruppi le più abbondanti sono le diatomee (che hanno uno scheletro siliceo) e i dinoflagellati.

Distribuzione del fitoplancton

La distribuzione del fitoplancton è limitata allo strato più superficiale dell’oceano, date le condizioni che richiedono la presenza di luce per poter effettuare la fotosintesi non possiamo trovarlo al di sotto di pochi metri di profondità.

È distribuito nei mari e negli oceani del pianeta Terra, ed è un elemento fondamentale nel mantenimento della concentrazione di ossigeno nell’oceano e nell’atmosfera.

Perché il fitoplancton è importante?

Il fitoplancton è importante per essere un’enorme risorsa alimentare alla base della catena trofica dell’ambiente marino. Come accade sulla terraferma le specie erbacee sono gli alimenti di base dell’ecosistema, il fitoplancton nel mare, svolge la stessa funzione. È responsabile della regolazione della CO2 atmosferica in modo che il carbonio diventi parte della catena alimentare, e quindi fonte di energia.

Un’altra parte della sua importanza risiede nella possibilità di essere una grande riserva di carbonio. Con la sua capacità di fissare la CO2 atmosferica, parte dell’eccesso di CO2 nell’atmosfera entra nella catena alimentare dell’oceano.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Comunicato stampa: gettare luce sulla pompa a carbone vivente dell’oceano
  2. Documento di ricerca: produzione primaria, un indice dei cambiamenti climatici nell’oceano: stime satellitari basate su due decenni
  3. Universe Today: visto dallo spazio: splendide fioriture di fitoplancton vorticoso
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Una delle cose più affascinanti del pianeta Terra è il modo in cui la vita modella la Terra e la Terra modella la vita. Dobbiamo solo tornare al Great Oxygenation Event (GOE) di 2,4 miliardi di anni fa per capire come le forme di vita hanno modellato la Terra. I fitoplancton chiamati cianobatteri pomparono nell'atmosfera ossigeno, estinguendo la maggior parte della vita sulla Terra aprendo la strada allo sviluppo della vita multicellulare.
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