Come la scarsità di nutrienti trasforma le acque superficiali in una fonte di gas serra
Il metano in acque ricche di ossigeno nasce da microbi che, senza fosfati, rilasciano CH₄. (RDM-AI04_26)
Il metano in acque ricche di ossigeno nasce da microbi che, senza fosfati, rilasciano CH₄. Questo processo superficiale aumenta le emissioni e sfugge ai modelli climatici.
Per decenni, la presenza di metano in acque oceaniche ricche di ossigeno ha rappresentato un mistero, poiché questo gas si forma solitamente in ambienti anossici. Uno studio dell’Università di Rochester ha risolto il "paradosso": in assenza di fosfati, alcuni microbi marini degradano composti organici rilasciando metano come sottoprodotto. Poiché questo processo avviene in superficie, oltre il 90% del gas viene emesso direttamente nell’atmosfera. La ricerca evidenzia come la scarsità di nutrienti sia il motore principale di questo fenomeno, finora sottovalutato nei modelli climatici globali.
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Un paradosso che dura decenni
Gli oceani del pianeta potrebbero contribuire ai cambiamenti climatici molto più di quanto si pensasse. Un nuovo studio dell’Università di Rochester, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), rivela un meccanismo finora sottovalutato: il riscaldamento degli oceani può aumentare la produzione e il rilascio di metano, uno dei gas serra più potenti.
Il team guidato da Thomas Weber, insieme al dottorando Shengyu Wang e alla ricercatrice Hairong Xu, ha identificato un processo microbico che potrebbe trasformare gli oceani in una fonte crescente di metano man mano che il clima si scalda.
Da anni gli scienziati osservano un fenomeno curioso: le acque superficiali degli oceani, ricche di ossigeno, emettono metano nell’atmosfera. Questo è sorprendente, perché la produzione di metano è tipicamente associata ad ambienti privi di ossigeno, come paludi, sedimenti profondi o zone anossiche.
Il nuovo studio risolve finalmente questo enigma.
i ricercatori hanno scoperto che alcuni batteri marini producono metano come sottoprodotto della decomposizione di composti organici, ma solo in condizioni particolari: quando il fosfato è scarso.
In altre parole, la produzione di metano in mare aperto non è un’anomalia, ma un processo diffuso nelle regioni povere di nutrienti.
“La scarsità di fosfati è il principale fattore che controlla la produzione di metano nell’oceano aperto”, spiega Weber.
Il cambiamento climatico sta modificando la struttura fisica degli oceani. L’aumento delle temperature superficiali intensifica la stratificazione: le acque calde e leggere restano in superficie, mentre quelle fredde e dense rimangono in profondità.
Questa separazione riduce il rimescolamento verticale, il processo che porta nutrienti come il fosfato dalle profondità verso la superficie.
Secondo i modelli elaborati dal team:
- · meno rimescolamento = meno nutrienti in superficie
- · meno nutrienti = condizioni ideali per i microbi che producono metano
- · più microbi attivi = più metano rilasciato nell’atmosfera
Un classico circolo vizioso climatico.
Cos’è il paradosso del metano marino
Il “paradosso del metano marino” nasce da un’osservazione sorprendente: le acque superficiali dell’oceano, ricche di ossigeno, emettono metano nell’atmosfera, nonostante il metano si formi normalmente solo in ambienti privi di ossigeno.
Le ricerche più recenti mostrano che il paradosso si spiega così:
- · in alcune zone dell’oceano il fosfato è molto scarso
- · alcuni microbi, quando il fosfato manca, producono metano come sottoprodotto
- · questo processo avviene anche in presenza di ossigeno, quindi nelle acque superficiali
Con il riscaldamento globale, gli oceani diventano più stratificati e si mescolano meno: arrivano meno nutrienti in superficie e le condizioni che favoriscono questi microbi diventano più comuni.
Risultato: oceani più caldi → meno nutrienti → più microbi produttori di metano → più metano in atmosfera.
Un feedback climatico che potrebbe accelerare il riscaldamento globale e che oggi non è ancora pienamente incluso nei modelli climatici.
Il paradosso del metano marino: un meccanismo nascosto che può amplificare il riscaldamento globale
La presenza di metano (CH₄) nelle acque superficiali dell’oceano aperto rappresenta da anni un enigma per la comunità scientifica. Le misurazioni mostrano infatti una sovrasaturazione di metano nello strato misto, una zona ben ossigenata dove, in teoria, la produzione di questo gas serra non dovrebbe avvenire. Il metano è infatti tipicamente associato ad ambienti privi di ossigeno, come sedimenti profondi o zone umide. Eppure, l’oceano rilascia costantemente CH₄ nell’atmosfera da acque ricche di ossigeno: un fenomeno noto come paradosso del metano marino.
Per spiegare questa anomalia sono stati proposti diversi meccanismi, dalla produzione durante la fotosintesi al metabolismo dello zooplancton, fino alla degradazione della materia organica disciolta. Tuttavia, nessuna di queste ipotesi riusciva a riprodurre il modello globale osservato.
Lo studio ha affrontato il problema costruendo un modello di assimilazione dati del ciclo del metano nell’oceano aperto, confrontando le diverse ipotesi con le misurazioni reali. I risultati sono stati decisivi: solo collegando la produzione di metano alla scarsità di fosfato (PO₄³⁻) è possibile spiegare la distribuzione globale della sovrasaturazione. Le concentrazioni più elevate di CH₄ si trovano infatti nei vortici subtropicali, regioni povere di nutrienti dove il fosfato è particolarmente limitante.
Il meccanismo individuato coinvolge la degradazione del metilfosfonato, un composto organico utilizzato da alcuni microbi marini come fonte alternativa di fosforo quando il fosfato scarseggia. Durante questo processo, i microbi rilasciano metano come sottoprodotto, anche in presenza di ossigeno. Questo spiega perché la produzione di CH₄ avvenga proprio nelle acque superficiali, dove l’ossigeno è abbondante ma i nutrienti sono scarsi.
La posizione del processo — confinato allo strato superficiale stratificato delle basse latitudini — rende inoltre il metano prodotto particolarmente efficace nel raggiungere l’atmosfera: oltre il 90% viene emesso direttamente, mentre meno del 10% si mescola in profondità, dove verrebbe ossidato.
Il quadro diventa ancora più preoccupante se si considera l’evoluzione del clima. Il riscaldamento globale sta rendendo gli oceani sempre più stratificati, riducendo il rimescolamento verticale che porta nutrienti come il fosfato dalle profondità verso la superficie. Secondo il modello, questa crescente scarsità di fosfato favorirà ulteriormente i microbi produttori di metano, portando a un aumento significativo delle emissioni marine di CH₄, fino a un possibile raddoppio nei prossimi secoli.
Questo processo rappresenta un feedback positivo: oceani più caldi producono più metano, e il metano — essendo un gas serra molto potente — contribuisce a un ulteriore riscaldamento.
Phosphate scarcity governs methane production in the global open ocean
Hidden ocean feedback loop could accelerate climate change
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