Ghiaccio vivo: una nuova sfida per i modelli climatici

La ricerca dell’Università di Umeå: lungi dall’essere inerte, il ghiaccio favorisce il rilascio di ferro dai minerali, con possibili conseguenze per il ciclo del carbonio e le previsioni sul clima

di Matteo Cavallito

A differenza di quanto si potrebbe credere, il ghiaccio non è un ambiente stabile ma può trasformarsi, per contro, in uno scenario estremamente reattivo capace di accelerare la dissoluzione dei minerali di ferro e di aumentarne il rilascio nell’ambiente. Lo sostiene una ricerca condotta dall’Università di Umeå e pubblicata sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Lo studio, sottolineano i ricercatori, “mette in discussione l’ipotesi che il ghiaccio sia geochimicamente inerte, rivelandolo come un reattore dinamico che accelera la dissoluzione degli ossidi di ferro attraverso reti microscopiche di acqua liquida. Il fatto che comuni anioni ambientali aumentino i tassi di alterazione dei minerali nel ghiaccio ha implicazioni profonde per la comprensione dei processi biogeochimici nelle vaste regioni ghiacciate della Terra”. Comprendere come il ferro venga rilasciato nelle regioni fredde, in altre parole, diventa quindi fondamentale in un contesto di rapido cambiamento climatico.

Il ferro ha un ruolo chiave nelle regioni fredde

Oggi, ricordano ancora gli autori, circa il 17% delle terre emerse del Pianeta poggia su terreni interessati dal permafrost, mentre vaste aree dell’emisfero nord sono soggette a congelamento stagionale. Il riscaldamento globale però sta modificando profondamente questi ambienti, facendo aumentare la frequenza dei cicli di gelo e disgelo e accelerando il degrado dei suoli permanentemente ghiacciati. Per comprendere davvero gli effetti del clima, tuttavia, è necessario guardare anche a ciò che succede all’interno del ghiaccio e cosa accada, in particolare, con uno degli elementi chiave di questi ecosistemi: il ferro.

Il ferro ha un ruolo essenziale poiché regola la crescita delle alghe nei laghi e negli oceani, contribuisce all’immagazzinamento del carbonio nei suoli e influenza il colore e la qualità delle acque.

Qualsiasi variazione nei meccanismi che ne controllano il rilascio, di conseguenza, può avere effetti a cascata sui diversi ecosistemi, dai torrenti montani fino alle coste artiche. Per approfondire la questione, i ricercatori hanno quindi deciso di analizzare il comportamento della goethite, uno dei minerali ferrosi più diffusi in natura, presente nei suoli, nei sedimenti e nelle polveri atmosferiche. Con l’obiettivo di capire come diversi sali comunemente presenti nell’ambiente condizionino la sua dissoluzione in uno scenario di congelamento.

Determinanti le minuscole sacche di liquido intrappolate nel ghiaccio

I risultati sono stati sorprendenti. “Abbiamo dimostrato che il ghiaccio fa aumentare sistematicamente la dissoluzione dei minerali attraverso la concentrazione da congelamento in microscopici punti reattivi”, spiegano gli autori. “Utilizzando nanoparticelle di goethite come modello di ossido di ferro e anioni inorganici ambientalmente rilevanti presenti in suoli, acque e aerosol (cloruro, fluoruro, solfato), dimostriamo che i tassi di dissoluzione mediati dai ligandi in condizioni debolmente acide crescono con la forza del legame sia nel ghiaccio sia nell’acqua liquida, con il primo che amplifica le velocità per tutti i ligandi reattivi”.

Il fluoruro, che tra le sostanze testate è quella che si lega più fortemente al ferro, ha provocato ad esempio un rilascio di ferro superiore a quattro volte rispetto a quello osservato nell’acqua allo stato liquido, spiega una nota dell’ateneo svedese.

Il solfato, invece, ha prodotto un effetto più contenuto ma comunque misurabile, mentre il perclorato, che interagisce molto poco con il ferro, non ha mostrato alcun effetto significativo. La spiegazione risiede nella struttura stessa del ghiaccio. Quando l’acqua congela, molte sostanze disciolte non riescono a entrare nei cristalli e vengono concentrate in minuscole sacche di liquido intrappolate nel ghiaccio. In questi microambienti le concentrazioni saline possono aumentare fino a 500 volte rispetto alle condizioni iniziali, accelerando enormemente le reazioni chimiche. Le quali, nota ancora la ricerca, possono proseguire anche a temperature molto basse.

Modelli climatici da rivedere?

La scoperta non riguarda soltanto la geochimica dei minerali ma potrebbe estendersi anche ai modelli utilizzati per prevedere l’evoluzione del clima terrestre. I risultati dello studio, infatti, “suggeriscono che i modelli attuali potrebbero sottostimare la mobilizzazione dei nutrienti, il ciclo degli elementi in traccia e i tassi di alterazione chimica nelle regioni fredde”, spiegano gli autori. Una maggiore disponibilità di ferro, in particolare, “aiuta a spiegare l’aumento osservato dei flussi di ferro nei fiumi artici, la mobilizzazione del carbonio e le emissioni di gas serra, fornendo informazioni cruciali per la previsione dei feedback biogeochimici in un mondo in rapido riscaldamento”.

Il maggiore rilascio dell’elemento potrebbe favorire l’attività di microbi e alghe, accelerando, in alcuni casi, la decomposizione della materia organica immagazzinata nei terreni freddi e nel permafrost, contribuendo indirettamente alla produzione di anidride carbonica e metano.

In altri casi, invece, tale fenomeno potrebbe aiutare a trattenere il carbonio nei suoli attraverso processi di legame con le particelle minerali. L’effetto finale, insomma, dipenderà dai diversi ecosistemi coinvolti e dall’equilibrio tra processi di rilascio e di immobilizzazione del carbonio. Tutti aspetti di cui si dovrà tenere conto nei modelli climatici. Se il comportamento individuato dovesse confermarsi anche per altre sostanze, inoltre, il ghiaccio potrebbe rivelarsi uno degli elementi chiave per comprendere come i processi biogeochimici reagiranno al riscaldamento globale nei prossimi decenni.