La Terra si è raffreddata per 60 milioni di anni e nessuno sapeva dove andava la CO₂

Per 60 milioni di anni, l’atmosfera terrestre ha perso anidride carbonica e il pianeta si è raffreddato. Gli scienziati lo sapevano già. Quello che non riuscivano a spiegare era dove fosse finita tutta quella CO₂. “Abbiamo avuto una comprensione sorprendentemente limitata di dove sia finito quel carbonio”, ha dichiarato Ros Rickaby dell’Università di Oxford, autrice principale del nuovo studio. La risposta, scoperta dal team, era sepolta sotto il fondale oceanico — depositata lì da una catena di processi chimici oceanici che dipendevano dal livello del mare e dal riciclo del fosforo, agendo come un termostato planetario lento per tutta l’Era Cenozoica.

Lo studio, pubblicato sui Proceedings of the National Academy of Sciences, ha ricostruito 60 milioni di anni di prove geologiche: antichi livelli del mare, concentrazioni di ossigeno oceanico, disponibilità di fosfati e tassi di seppellimento di carbonio organico nei sedimenti delle piattaforme continentali. È emerso un ciclo di feedback precedentemente sconosciuto che collega quattro sistemi studiati separatamente ma mai assemblati in un unico meccanismo.

Come funziona la catena

Il termostato inizia con il livello del mare. Quando i mari erano circa 10-40 metri sopra il loro livello attuale — il range identificato dal team come il “punto ottimale” del sistema — accade qualcosa di particolare sulle piattaforme continentali. Le concentrazioni di ossigeno in quelle acque basse scendono sotto una soglia critica mentre la materia organica si decompone, creando zone di acqua a basso contenuto di ossigeno proprio dove i sedimenti ricchi di carbonio sono più esposti.

Quelle condizioni di basso ossigeno hanno un effetto specifico sul fosforo. Normalmente, il fosfato si lega alle particelle di sedimento in presenza di ossigeno; se l’ossigeno viene rimosso, il fosfato torna nell’acqua. Questo fosforo riciclato alimenta una crescita delle alghe marine e del plancton, la cui attività assorbe carbonio dalle acque superficiali. Quando questi organismi muoiono e affondano, portano con sé il carbonio. Sul fondale oceanico, nelle condizioni di basso ossigeno che avevano innescato il rilascio del fosforo, il carbonio organico viene sepolto invece che decomposto — e rimane sepolto per milioni di anni.

Il risultato è un loop auto-rinforzante: il livello del mare crea le condizioni, l’ossigeno basso libera il fosforo, il fosforo stimola la produttività marina, questa a sua volta seppellisce carbonio, che a sua volta riduce la CO₂ atmosferica. Il ciclo dura finché persistono le giuste condizioni di livello del mare — e può protrarsi per milioni di anni prima che il sistema si riequilibri.

“Il nostro coautore Christian Bjerrum ha studiato la connessione tra livello del mare, ossigeno oceanico e fosfati con un modello computerizzato due decenni fa”, ha detto Zunli Lu della Syracuse University. “Finalmente abbiamo riunito le prove geologiche necessarie per testare questa ipotesi.”

Quando il termostato si è spento

I dati del team mostrano che il meccanismo non ha funzionato in modo continuo. Durante l’Eocene, tra circa 56 e 34 milioni di anni fa, i livelli del mare sono saliti tanto da superare la fascia ottimale. Quando ciò è accaduto, le zone a minimo contenuto di ossigeno non si sovrapponevano più ai sedimenti ricchi di carbonio delle piattaforme continentali — le due condizioni necessarie per il feedback. Il seppellimento del carbonio si è indebolito. La CO₂ è rimasta nell’atmosfera invece di essere assorbita. L’Eocene, secondo gli standard geologici, fu un periodo caldo: abbastanza da permettere la crescita di foreste tropicali in quella che oggi è il Wyoming e la presenza di coccodrilli sopra il Circolo Polare Artico.

Il ritorno del meccanismo — legato alle variazioni del livello del mare associate alla glaciazione antartica — coincise con il raffreddamento sostenuto che caratterizza gli ultimi 34 milioni di anni della storia terrestre.

“I nostri risultati suggeriscono che l’aumento del seppellimento del carbonio organico nei sedimenti marini abbia avuto un ruolo molto più importante di quanto si pensasse”, ha detto Rickaby.

Cosa questo meccanismo non può fare

Il termostato opera su scale temporali di milioni di anni. Ogni ciclo — dal livello del mare che innesca il rilascio del fosforo, al seppellimento del carbonio fino alla riduzione misurabile della CO₂ atmosferica — impiega centinaia di migliaia di anni a completarsi. La CO₂ aggiunta dall’umanità all’atmosfera dalla rivoluzione industriale si è accumulata in circa 200 anni. Il meccanismo geologico non può rispondere con quella rapidità.

C’è anche una discrepanza strutturale: le attuali zone a minimo contenuto di ossigeno sono più profonde rispetto all’epoca di massima efficienza del termostato durante il Cenozoico. Le piattaforme continentali moderne sono più strette e i loro margini poveri di ossigeno non sono ben posizionati per interagire con sedimenti ricchi di carbonio. Le condizioni che resero il termostato efficiente per 60 milioni di anni oggi non si allineano.

I ricercatori sono espliciti su questo limite. Il sistema stabilizzò un clima che ebbe migliaia di anni per adattarsi; non fu progettato — e non può operare — come un pozzo di carbonio rapido.

Domande comuni sul termostato della CO₂ terrestre

Cos’è una zona a minimo contenuto di ossigeno? È uno strato d’acqua oceanica, tipicamente tra i 100 e i 1.000 metri di profondità, dove la concentrazione di ossigeno disciolto scende bruscamente. La vita marina che decompone materia organica consuma la maggior parte dell’ossigeno disponibile prima che la circolazione delle acque possa rifornirlo. In queste zone, le normali reazioni chimiche cambiano: il fosforo che altrimenti rimarrebbe legato ai sedimenti viene rilasciato nuovamente nell’acqua.

In cosa differisce questo processo dall’assorbimento diretto di CO₂ da parte degli oceani? L’assorbimento diretto scioglie la CO₂ in superficie e la mantiene in soluzione — non rimuove il carbonio in modo permanente ed è reversibile con i cambiamenti della temperatura oceanica. Il meccanismo descritto nello studio seppellisce fisicamente il carbonio organico nei sedimenti del fondale marino, bloccandolo fuori dall’atmosfera per scale temporali geologiche piuttosto che umane.

Questo processo è mai fallito? L’esempio dell’Eocene mostra che può indebolirsi. Quando i livelli del mare sono troppo alti — sopra la fascia ottimale — il ciclo di feedback si interrompe perché le zone a minimo contenuto di ossigeno non raggiungono più i depositi sedimentari più ricchi. La CO₂ rimane elevata. Il pianeta si riscalda. Il meccanismo riparte solo quando i livelli del mare tornano nel range corretto.

Potrebbe questo processo essere innescato artificialmente? Lo studio non affronta la geoingegneria. Il feedback dipende dal livello del mare, dalla posizione delle zone a minimo contenuto di ossigeno e dalla distribuzione dei sedimenti delle piattaforme continentali — variabili che operano su scale al di là del controllo di qualsiasi tecnologia umana attuale.

Cosa succede ora

La ricerca apre una linea diretta di indagine su uno degli enigmi più antichi della paleoclimatologia: perché il decremento di carbonio terrestre durante il Cenozoico non è stato uniforme. Il record geologico mostra impulsi di raffreddamento separati da periodi caldi — un modello che il modello del termostato ora spiega in termini di livelli del mare che spostano il sistema dentro e fuori dalla sua fascia efficace.

Per la scienza climatica odierna, questa scoperta aggiunge anche specificità a ciò che rende i passati periodi caldi diversi da quello attuale. L’Eocene fu caldo perché il termostato era spento. Il riscaldamento attuale sta avvenendo nonostante il termostato sia nella sua fascia strutturale — perché la velocità di aggiunta della CO₂ ha semplicemente superato qualsiasi risposta geologica.

Riferimento: Rickaby et al., “Shelf-invading low-oxygen waters control Cenozoic organic carbon burial rates,” Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026. DOI: 10.1073/pnas.2526409123

Tag: climate, carbon burial, Cenozoic era, ocean chemistry, phosphorus, PNAS