Vulcanologia

La Cenere Vulcanica, Fertilizzante per l'oceano?

Il Fitoplancton, la base della fotosintesi nella catena alimentare marina, deve assumere i nutrienti per vivere e crescere nel mare. E' proprio come il motivo per cui si deve aggiungere fertilizzanti per le piante. L'azoto nutriente è spesso il nutriente limitante nel mare (o la sostanza nutritiva che si esaurisce più velocemente, e può sia rallentare o fermare la crescita del fitoplancton).

Tuttavia, altri nutrienti possono essere anche loro limitanti, come ad esempio il ferro. Il ferro può essere difficile da trovare, perché entra nel mare  in gran parte portato dai venti, che trasportano la polvere dai continenti.

L'Oceano Meridionale è conosciuto come una regione ad alto nitrato e bassa clorofilla (HNLC, High-Nutrient, low-chlorophyll, sono regioni degli oceani in cui Azoto e Fosforo sono presenti in
concentrazioni elevate durante l'anno, ma la produzione primaria è bassa).

Per molti anni questo è stato un mistero: perché le popolazioni di fitoplancton sono così piccole se c'è azoto in abbondanza? La risposta è stata che c'è poco ferro nell'Oceano Antartico, e questo impedisce alle popolazioni di fitoplancton di essere fiorenti. Questo ha senso, in quanto l'Oceano Meridionale circonda le coperture di ghiaccio dell'Antartide, e riceve po' di polvere continentale contenente ferro.

La cenere vulcanica che viene prodotta durante le eruzioni contiene ferro prezioso e altri micronutrienti, e può essere espulsa abbastanza lontano e piovere nell'Oceano Meridionale. Browning et al. hanno studiato il potenziale di cenere vulcanica per essere una fonte di sostanze nutritive per la HNLC nell'Oceano del Sud, e un aiuto per l'innesco della crescita del fitoplancton.

Nel 2012 (gennaio-marzo), Browning et al. sono andati in crociera nell'Oceano Antartico per campionare le acque di superficie nelle regioni HNLC. L'acqua di superficie raccolta è stata incubata da 24 a 48 ore, per permettere la crescita del fitoplancton. Ciò significa che l'acqua di superficie è stata messa in condizioni simili, quali la temperatura e la luce solare, di quando sono state raccolte dall'area. Un terzo delle incubazioni sono state designate come controlli, il che significa che nulla è stato aggiunto in modo che il fitoplancton potesse sopravvivere solo sui nutrienti esistenti. Per gli altri due terzi delle incubazioni, sono stati aggiunti vari trattamenti. Alcuni sono stati diluiti con il ferro, il noto nutriente limitante di queste regioni. I restanti sono stati diluiti con due diversi tipi di cenere vulcanica, cenere basaltica dall'eruzione nel 2002 dell'Etna, in Sicilia, e cenere riolitica dall'eruzione del Chaiten, Cile, nel 2008.

Dopo da 24 a 48 ore di incubazione, i campioni di acqua marina sono stati misurati per clorofilla (una misura della produttività e livelli generali di fitoplancton), micronutrienti (come ferro e manganese), macronutrienti (quali azoto) e le specie fitoplanctoniche presenti identificate visivamente. Browning et al. hanno poi confrontato le incubazioni di controllo con le incubazioni modificate con il ferro e cenere vulcanica, per vedere come le comunità di fitoplancton hanno risposto alle integrazioni.

I risultati

Il fitoplancton iniziale e le concentrazioni di nutrienti erano come previste, e precedentemente misurate, per l'Oceano Meridionale. L'acqua di mare ha mostrato bassi livelli di ferro e altri micronutrienti. 18 delle 23 incubazioni con cenere vulcanica, hanno mostrato una crescita significativamente maggiore del fitoplancton e della clorofilla rispetto all'incubazione controllata (niente di aggiunto, come rappresentato nella figura sottostante). Inoltre, le incubazioni addizionati di cenere vulcanica hanno avuto una crescita più rafforzata del fitoplancton e della produttività, rispetto ai campioni con solo ferro aggiunto. Ciò suggerisce che la cenere vulcanica ha rilasciato altri micronutrienti che limitano il fitoplancton nell'Oceano Antartico.

Browning et al. hanno ipotizzato che il manganese è un altro micronutriente limitante. La concentrazione iniziale di manganese nel mare è stata tra le più basse mai misurate, e la cenere vulcanica contiene manganese.

Figura seguente: Risposte del fitoplancton all'aggiunta di cenere vulcanica dalla incubazione di acqua superficiale del Passaggio di Drake nell'Oceano Antartico. Fv / Fm è la differenza tra l'incubazione modificata e il controllo. (A) è l'incubazione di 24 ore, (b) è quella di 48 ore, (c) è la concentrazione di clorofilla iniziale, e la risposta dopo 48 ore.

È interessante notare che la cenere vulcanica rilascia meno ferro della soluzione di ferro artificiale aggiunta in alcune delle incubazioni. Questo indica che c'è stato un co-limite di ferro e manganese in queste acque superficiali dell'Oceano Meridionale. Quindi, aggiungendo solo ferro, anche se in concentrazioni più elevate, non era efficace, perché c'era poco manganese.

L'aggiunta di cenere vulcanica a campioni di acqua di mare dall'Oceano Meridionale ha chiaramente dimostrato una aumentata crescita complessiva e di produttività del fitoplancton in questa regione. Questo aumento della crescita del fitoplancton potrebbe catturare enormi quantità di anidride carbonica atmosferica nel profondo dell'oceano. Questo prelievo avviene dal fitoplancton, prendendo anidride carbonica durante la fotosintesi, e quindi affondandola nelle profondità dell'oceano quando muore. Così, durante massicce eruzioni vulcaniche, la cenere espulsa in alto nell'atmosfera, potrebbe innescare un breve periodo di sequestro di carbonio nelle regioni HNLC. Una cosa è chiara: la cenere vulcanica è fertilizzante del mare.

Si ringrazia Kari Pohl, della School of Oceanography, URI.

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