Osservazioni in 3D: l’impatto del clima sugli ecosistemi oceanici

Il cambiamento climatico non sta solo riscaldando l’atmosfera. Sono diversi gli studi che documentano come stia ridisegnando anche il funzionamento degli oceani. E con esso, le basi stesse della vita marina. Non è soltanto una questione di gradi in più alla superficie del mare. Gli effetti riguardano la circolazione delle correnti, il mescolamento delle acque, l’apporto di nutrienti e, in ultima analisi, il fitoplancton, base della catena alimentare marina e attore fondamentale nel sequestro della CO₂ atmosferica.

Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science Advances e frutto della collaborazione tra l’Istituto di scienze marine del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ismar) e la Stazione Zoologica “Anton Dohrn” (SZN) di Napoli, ha indagato per la prima volta l’impatto del cambiamento climatico sugli ecosistemi oceanici utilizzando un approccio tridimensionale e integrato, applicando modelli climatici a dati osservativi e tecniche di machine learning.

«Il nostro approccio unisce dati oceanografici, modellazione climatica empirica e machine learning, si differenzia da precedenti lavori basati su singole variabili e permette di ottenere un’immagine più completa dei cambiamenti nello stato e nella dinamica degli oceani», spiega Bruno Buongiorno Nardelli (Cnr-Ismar), che ha condotto lo studio con Daniele Iudicone (SZN).

Lo studio ha analizzato sei variabili fisiche chiave degli strati superficiali oceanici – temperatura, salinità, profondità dello strato mescolato, energia associata alle correnti orizzontali e verticali, energia immessa dal vento – oltre a un indicatore dell’abbondanza del fitoplancton.

L’evidenza maggiore riguarda la velocità del riscaldamento marino: una volta depurate le oscillazioni naturali – in particolare quelle della fascia tropicale del Pacifico – la temperatura superficiale del mare risulta aumentare in media di circa 0,022 °C l’anno, anziché 0,014 °C. Ma il quadro che emerge è più ampio e complesso: i sistemi di circolazione stanno cambiando direzione, gli scambi tra strati profondi e superficiali si intensificano, e il contenuto di calore e salinità nella colonna d’acqua non segue un andamento lineare.

«Anche se molta attenzione viene posta sull’analisi del riscaldamento globale, la risposta degli ecosistemi marini, e in particolare delle microalghe, è regolata da numerosi altri fattori, come l’apporto di nutrienti dagli strati profondi e la disponibilità di luce per la fotosintesi, entrambi modulati dai processi fisici che guidano l’evoluzione dinamica del sistema», afferma Buongiorno Nardelli. «Il cambiamento climatico agisce sugli oceani attraverso processi complessi che non possono essere descritti né compresi appieno analizzando singole variabili separatamente. Ad esempio, un’alterazione delle precipitazioni o del vento può avere localmente un impatto maggiore del riscaldamento superficiale».

Per il fitoplancton, la risposta è altrettanto articolata. Grazie a una classificazione geografica dei dati, lo studio ha permesso di identificare dinamiche locali legate a fattori fisici specifici di ciascuna area oceanica. «In questo modo, grazie a tecniche di machine learning, abbiamo offerto una base solida per studiare l’impatto del cambiamento climatico sugli ecosistemi marini, che permetterà in futuro di comprendere meglio la relazione tra la dinamica oceanica e la risposta del plancton, anche tramite l’uso di approcci innovativi quali lo studio del DNA e RNA degli organismi, un campo di ricerca nuovo per la comunità scientifica», spiega Daniele Iudicone.

Le implicazioni dello studio riguardano anche la gestione futura degli oceani: «Queste conoscenze potranno guidare lo sviluppo di strategie più efficaci per il monitoraggio degli oceani, come l’ottimizzazione di sistemi osservativi autonomi basati sulle caratteristiche di una determinata regione, la progettazione di campagne osservative mirate, lo sviluppo di strumenti di previsione innovativi e la definizione di misure più efficaci per la preservazione degli ecosistemi marini», conclude Iudicone.