I coralli, archivi naturali. 

Coralli Mediterraneo

CNR ISMAR

 

La disciplina della paleoclimatologia, quella cioè rivolta all'identificazione della variabilità climatica del passato e dei processi che la governano, necessita di opportuni materiali naturali che in qualche maniera abbiano incorporato segnali decifrabili dalla Scienza. Questi così detti archivi naturali possono essere di varia natura. 

Ne sono esempio i sedimenti che si accumulano sul fondo marino o dei laghi, gli anelli di crescita degli alberi o gli strati di ghiaccio dell'Antartide. Da oltre 60 anni gli studiosi si sono resi conto che anche gli scheletri di carbonato di calcio secreti dagli organismi acquatici, rappresentano una preziosa miniera di informazione paloambientale e climatica. Durante la loro crescita infatti, organismi come i foraminiferi, i molluschi e i coralli incorporano nei loro gusci, conchieglie e scheletri segnali geochimici correlabili ad alcune proprietà chimico-fisiche ben precise delle masse d'acqua in cui vivono.

 

Opportune tecnologie analitiche, quali la spettrometria di massa, ci permettono di decodificare questi segnali che sono in maniera più o meno diretta funzioni del clima. Di conseguenza, una volta compresi i meccanismi di incorporamento di questi segnali geochimici durante la calcificazione, è possibile risalire alle variazioni climatiche del passato utilizzando i fossili carbonatici che abbondano nel record geologico.

corallo scheletro

Non tutti gli organismi acquatici sono però indistintamente adatti per questi complessi studi geochimici. Il processo di calcificazione è infatti estremamente complesso ed ancora poco noto nei suoi dettagli, e per di più varia da organismo a organismo. L'architettura della scultura scheletrica risultante è di estrema rilevanza per le analisi geochimiche. In via generale si può affermare che tra i migliori candidati per gli studi paleoclimatici si collocano attualmente quelli organismi che secernono uno scheletro calcareo a bande di accrescimento successive ben distinguibili. Emblematici in tal senso sono i molluschi bivalvi e coralli che difatti sono tra gli archivi che riscuotono il massimo favore dagli studiosi di paleoclimatologia. Riguardo ai coralli, per molto tempo sono stati oggetto di studio quelli che compartecipano alla formazione delle rigogliose scogliere tropicali diffuse nell'Indo-Pacifico e Caraibi, come Porites, Montastrea, Acropora. Potenti calcificatori delle acque calde e luminose dei tropici anche grazie alla simbiosi con alghe unicellulari, alcuni coralli sclerattinari hanno ritmi di crescita fino a 10 cm. all'anno, anche se quelli privilegiati dai paleoclimatologi sono a crescita lenta come i Porites. I coralli formano un esoscheletro calcareo di aragonite, una delle fasi polimorfe del carbonato di calcio, che si accresce progressivamente durante la vita dell'individuo.

In una semplice radiografia, questo scheletro appare costituito da una serie di bande trasversali poste progressivamente lungo l'asse di crescita, alternativamente più dense e meno dense.

Queste bande corrispondono in genere alla fase di deposizione del carbonato di calcio nella stagione estiva e invernale rispettivamente cosicché, contate, permettono di stabilire l'età del corallo. Mentre si accresce lo scheletro incorpora degli elementi in traccia e degli isotopi presenti nell'acqua di mare la cui concentrazione è funzione di alcuni parametri ambientali, quali la temperatura, la salinità, il pH e la dinamica delle diverse masse d'acqua.

 

 

Per chiarire meglio con un esempio, un aumento di temperatura dell'acqua viene registrato nello scheletro del corallo attraverso una diminuzione del rapporto fra lo stronzio e il calcio e un aumento del pH del mare, e dunque il livello della sua acidità, si traduce in un aumento del rapporto 11B/10B (Boro) nell'aragonite del corallo. Questi segnali geochimici sono studiati e tradotti in funzioni matematiche con una precisione tale che, conoscendo la qualità di un certo elemento in una data banda di crescita, si può risalire alla temperatura e al pH dell'acqua nella stagione corrispondente. Da alcune colonie di grandi dimensioni e dunque longeve, sono state estratte carote che analogamente a quelle di ghiaccio, inglobavano decenni o addirittura secoli di storia climatica.

Il loro studio ha fornito preziose informazioni sulla temperatura superficiale delle acque, salinità, pH e altro ancora che molto anno contribuito a farci un quadro abbastanza dettagliato delle variazioni climatiche dell'era Quaternaria.

Analizzando le bande annuali di colonie pluricentenarie, si è potuto comprendere meglio l'evoluzione temporale di fenomeni climatici di grande rilevanza quali El Nino o la Pacific Decadal Oscillation o  contestualizzare il cambiamento climatico attuale all'interno delle variazioni naturali.

 

Inoltre lo studio del record fossile ha permesso di scrutare il clima del passato in periodi geologici nei quali la componente antropogenica era assente,

come ad esempio durante il penultimo Interglaciale (circa 125 mila anni fa) o l'ultimo Massimo Glaciale (circa 21 mila anni fa). In questo modo è stato possibile studiare le ciclicità naturali e quantificare gli effetti dell'attività dell'uomo sul clima.

Fatto di grande interesse in campo Paleoclimatico, questo tipo di coralli ha un suo rappresentante anche nelle acque Mediterranee improntate da temperature decisamente meno calde dei Tropici. Si tratta della specie coloniale Cladocora Caespinosa che può perfino formare delle piccole scogliere. Il suo valore è stato dimostrato da recenti studi geochimici che ne documentano l'affidabilità quale paleotermometro delle acque superficiali del Mediterraneo dal Pleistocene ai giorni nostri. Da poco più di un decennio a questa parte l'attenzione si è via via focalizzata sui coralli che vivono a grandi profondità e quindi lontani dalla luce solare e in acque decisamente più fredde. Distribuiti su batimetriche comprese tra i 100 e i 4000 metri, la loro diffusione geografica è stupefacente dato che sono segnalati dalle alte latitudini polari alle zone profonde della fascia tropicale, con massimi di abbondanza nelle zone temperate fredde dove possono formare delle vere strutture coralline lunghe decine di chilometri come quelle presenti in Oceano Atlantico.

I coralli profondi che stiamo considerando sono sclerattinari strettamente imparentati con quelli di acque superficiali e costruiscono analogamente uno scheletro di aragonite.

Questi coralli del buio, noti anche come "coralli bianchi", includono specie coloniali come Desmophyllum dianthus.  Queste specie sono note anche in Mediterraneo dove, grazie alla crescente diffusione dell'esplorazione sottomarina con i ROV, sono state individuate "province a coralli" dal Mare di Alboran al bacino levantino.

 

Le più importanti nelle acque Italiane sono localizzate nel Canyon di Bari in Adriatico meridionale, al largo di Santa Maria di Leuca nelle acque ioniche della Puglia, nel Canale di Sicilia e in quello di Sardegna. Inoltre, come ben documentato dai fossili, questi coralli bianchi erano assai diffusi in Mediterraneo durante le fasi fredde del Pleistocene.

Si offrono quindi come archivi naturali unici per valutare le variazioni oceanografiche del Mediterraneo nell'ultimo milione di anni rispetto a temperatura, salinità, nutrienti, pH e provenienza delle masse d'acqua, in una parola sono insostituibili indicatori paleoceanografici. Analogamente ai loro cugini tropicali, questi coralli del buio riescono a incorporare nel loro scheletro dei segnali geochimici codificabili.  Le ricerche condotte dal CNR di Bologna hanno permesso di identificare nuovi proxy geochimici. In particolare, si è scoperto che la concentrazione di fosforo e il suo rapporto con il calcio nello scheletro corallino di Desmophyllum è funzione diretta del contenuto di nutrienti presenti nella colonna d'acqua e ne approssima pertanto la fertilità. Ulteriori studi comprovano che il rapporto tra il litio e il magnesio nello scheletro aragonitico dei coralli sia superficiali che profondi sarebbe inversamente proporzionale alla temperatura. 

Risulta dunque essere un paleotermometro molto preciso, adatto a ricostruire le temperature del passato con un errore di soli 0,8°C. Applicando l'equazione di calibrazione al record fossile sarà dunque possibile quantificare per la prima volta la variabilità climatica nelle profondità del Mediterraneo dall'ultima fase glaciale all'Olocene. attualmente i ricercatori stanno portando avanti degli studi innovativi di geochimica isotopica sui coralli profondi per poter ricostruire la circolazione delle masse d'acqua del passato. Studiando i segnali geochimici degli esemplari attuali e confrontandoli con il chimismo delle acque di fondo hanno scoperto che si possono utilizzare gli isotopi del neodimio, un elemento delle terre rare, come traccianti delle masse d'acqua.

 

La composizione isotopica del neodimio nell'acqua di mare è una caratteristica identificativa di ogni massa d'acqua.

Poiché il carbonato di calcio dei coralli profondi ha un rapporto 143Nd/144Nd identico a quello delle acque dove si accresce, questi organismi assumono un evidente ruolo di archivi naturali che conservano al loro interno preziose informazioni sul movimento delle correnti marine ed indirettamente sull'interazione atmosfera-oceano.

 

Le complesse interazioni fra biosfera, idrosfera e atmosfera di fronte ai mutamenti climatici sono dunque in un certo senso mirabilmente sintetizzate nell'apparente inerzia del carbonato di calcio secreto da un semplice invertebrato marino che spende la sua intera esistenza ancorato a scarpate sottomarine, pareti di canyon o scoscese montagne le cui vette si celano sotto centinaia di metri di oceano. Molto è già stato scoperto in appena un ventennio di ricerche ma l'inarrestabile progresso delle nostre conoscenze aprirà certamente nuove importanti pagine sulla nostra comprensione dei meccanismi climatici che governano il pianeta Terra.

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