Simulazioni del sistema Terra suggeriscono che l’oceano del Proterozoico era più verde ma meno produttivo

Quando l’antico oceano brillava di verde

Immaginate di guardare la Terra dallo spazio più di un miliardo di anni fa e di vedere oceani non blu profondo, ma di un verde vivido. Questo studio usa un modello climatico e oceanico all’avanguardia per porre una domanda apparentemente semplice: se i mari primitivi fossero stati pieni di vita vegetale microscopica ma quasi privi di animali che la consumassero, come avrebbe cambiato colore e vitalità degli oceani del pianeta? La risposta modifica il modo in cui immaginiamo il passato della Terra e le condizioni che hanno preparato il terreno per la vita animale.

Un mondo prima degli animali oceanici

La finestra temporale esplorata qui è l’Eone Proterozoico, che copre approssimativamente da 2,5 miliardi a 540 milioni di anni fa. In quest’era, organismi fotosintetici minuscoli—simili alle odierne cianobatteri e piccole alghe—dominavano i mari, mentre erbivori di tipo animale come lo zooplancton non erano ancora comparsi. Indizi geologici suggeriscono che la produttività oceanica, la velocità con cui questi microbi trasformavano luce e nutrienti in materia organica, fosse inferiore a quella odierna ma comunque lontana dall’essere trascurabile. Eppure le stime di quanta biomassa producessero e di come fosse distribuita nella colonna d’acqua restavano molto incerte. Gli autori colmano questa lacuna con una simulazione completa del sistema Terra che accoppia atmosfera, circolazione oceanica, ghiaccio marino e chimica marina, adattandola poi a continenti antichi, a una luce solare più debole e a bassi livelli di ossigeno.

Mari più verdi dalla superficie in giù

Nel loro mondo proterozoico virtuale, i ricercatori rimuovono diatomee e zooplancton—gruppi che non si erano ancora evoluti—e permettono la crescita solo di piccoli fitoplancton e di microbi fissatori di azoto. Con una gamma di condizioni nutritive realistiche, il modello produce costantemente molta più biomassa vegetale vicino alla superficie rispetto all’oceano odierno. La clorofilla media globale nei primi 150 metri è circa 1,5–2,5 volte maggiore e negli strati più superficiali può superare i valori moderni di un ordine di grandezza in gran parte degli oceani a bassa latitudine. Poiché non sono presenti predatori che contenessero queste fioriture, l’oceano superiore si riempie di piante microscopiche, trasformando i mari simulati in un verde profondo e persistente praticamente ovunque non ci sia ghiaccio e la temperatura sia abbastanza alta.

Perché più piante possono significare meno crescita

Controintuitivamente, questa lussureggiante superficie verde non si traduce in un oceano complessivamente più produttivo. Il modello mostra che la produzione primaria globale totale nell’oceano proterozoico era solo circa il 60 percento dei valori attuali nei periodi caldi e approssimativamente il 30 percento durante stati più freddi con estensione del ghiaccio. La ragione chiave è la luce. Quando tanta clorofilla si accumula in superficie, essa funge da tendina solare, assorbendo la luce prima che raggiunga strati più profondi dove la fotosintesi potrebbe altrimenti avvenire. Lo strato illuminato, o eufotico, si restringe da circa 80 metri in media oggi a solo 30–40 metri nell’oceano proterozoico simulato. Questo «auto-ombreggiamento» significa che, sebbene le acque superficiali brulichino di vita, le acque più scure sottostanti contribuiscono molto meno alla produttività globale. Bassi livelli di nitrato sotto un’atmosfera povera di ossigeno e l’assenza di diatomee efficienti come produttori limitano ulteriormente la produzione totale di materia organica.

Indizi dalle fioriture moderne e test del modello

Analoghi moderni supportano questo quadro. Oggi, zone costiere fortemente concimate e laghi a volte sperimentano intense fioriture algali che rendono l’acqua verde e in realtà riducono la crescita delle piante al di sotto della superficie, proprio perché la luce viene assorbita nei primi metri. Esperimenti in cui i predatori vengono rimossi dalle reti trofiche mostrano che il fitoplancton può esplodere in abbondanza, portando di nuovo all’ombreggiamento delle comunità più profonde. Gli autori hanno anche sottoposto a stress le loro simulazioni variando ingredienti chiave come il mescolamento verticale, l’intensità della luce solare e le forniture di nutrienti quali azoto, fosforo e ferro. Su un ampio e geologicamente plausibile intervallo di condizioni, lo stesso schema è persistito: in assenza di forti pascolatori, la superficie dell’oceano antico diventa più verde mentre la produttività totale tende a restare inferiore o al più paragonabile a quella odierna—salvo che i livelli di fosforo non fossero estremamente alti o estremamente bassi.

Cosa significa per l’ascesa degli animali

Per il non specialista, il messaggio principale è che gli oceani della Terra primitiva potrebbero essere sembrati più vivaci dall’alto pur operando su un bilancio energetico complessivamente più magro. Uno spesso strato di piante microscopiche affollava la pelle illuminata del mare, limitando la profondità su cui la fotosintesi poteva funzionare. Unito a bassi nutrienti e all’assenza di produttori ad alte prestazioni come le diatomee, questo mantenne la produttività globale al di sotto dei livelli attuali. Eppure, le comunità di fitoplancton prosperanti vicino alla superficie implicate dalle simulazioni sono coerenti con indizi fossili di vita consistente nei mari proterozoici. Questi oceani verdi ma relativamente a bassa potenza probabilmente hanno fornito lo sfondo ambientale su cui l’ossigeno è salito lentamente e, infine, è emersa la vita animale.

Citazione: Liu, P., Liu, Y., Dong, L. et al. Earth system simulations suggest that the Proterozoic ocean was greener but less productive. Nat Commun 17, 2854 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69654-z

Parole chiave: oceano del Proterozoico, fitoplancton, produttività primaria, auto-ombreggiamento, modellazione del sistema Terra