Tralasciare l’alcalinità organica introduce un errore maggiore rispetto all’assunzione del rapporto boro-salinità nei calcoli del sistema carbonato delle salamoie nel ghiaccio marino artico

Perché anche piccole componenti nel ghiaccio marino sono importanti

L’Oceano Artico è uno dei principali corridoi del pianeta per rimuovere l’anidride carbonica (CO2) dall’atmosfera, e il ghiaccio marino gioca un ruolo sorprendentemente attivo in questo processo. Gli scienziati descrivono di solito questo comportamento mediante un indicatore chimico chiamato alcalinità, che riflette la capacità dell’acqua di tamponare gli acidi e trattenere il carbonio. Tradizionalmente si è assunto che questo indicatore sia controllato quasi esclusivamente da semplici sali e minerali disciolti. Questo studio dimostra che nel ghiaccio marino artico una piccola frazione dell’alcalinità legata a materiale organico, finora trascurata, può alterare silenziosamente le nostre stime di quanto anidride carbonica il sistema ghiaccio–oceano stia effettivamente assorbendo.

Acqua salata, oceani ghiacciati e organici nascosti

Quando l’acqua di mare gela, si formano cristalli di ghiaccio puro che espellono un liquido salino detto salamoia in stretti canali all’interno del ghiaccio. Queste sacche di salamoia intrappolano non solo sale ma anche materia organica disciolta—composti complessi ricchi di carbonio provenienti da microalghe, batteri e fiumi che sfociano nell’Artico. Lavori precedenti suggerivano che tali organici potessero influenzare leggermente l’alcalinità in alcuni mari costieri, ma il loro ruolo nel ghiaccio marino polare era rimasto poco documentato. Allo stesso tempo, un altro componente della chimica marina, il boro, viene spesso stimato a partire dalla sola salinità, pur potendo talvolta discostarsi da questa regola. Gli autori hanno quindi misurato direttamente sia il contributo organico sia il boro nel ghiaccio marino artico orientale e nelle acque vicine per capire quale fonte di incertezza incidesse maggiormente sui calcoli del CO2.

Cosa ha campionato la spedizione nel ghiaccio

Durante una crociera di ricerca nel 2023 nello Stretto di Fram e nell’Artico centrale, il team ha raccolto 140 campioni da neve, carotaggi del ghiaccio marino, acqua di superficie fangosa, salamoia prelevata da fori nel ghiaccio e acqua sotto e tra i campi di ghiaccio. Hanno misurato il carbonio organico dissolto (DOC) per valutare la quantità di materiale organico presente e hanno poi usato una tecnica specialistica di back-titration per quantificare quanto dell’alcalinità totale fosse effettivamente alcalinità organica. In un sottoinsieme di campioni disponevano inoltre di misure precise di pH, carbonio inorganico disciolto e boro, permettendo di testare come includere o ignorare gli organici e il boro misurato cambiasse le principali uscite del sistema carbonato, come la pressione parziale di CO2 (pCO2) e lo stato di saturazione dei minerali di carbonato di calcio.

Alcalinità organica: frazione piccola, effetto grande

I campioni di salamoia si sono distinti come punti caldi sia per il DOC sia per l’alcalinità organica. In media, gli organici contribuivano solo per circa lo 0,1–1,0% dell’alcalinità totale—una frazione apparentemente trascurabile—eppure sufficiente a modificare in modo significativo la chimica carbonatica calcolata. Il rapporto tra alcalinità organica e DOC è risultato simile a quello osservato in altri mari ricchi di materiale organico influenzati dal ghiaccio, come il Baltico, suggerendo un comportamento ampiamente analogo di questi composti in regioni molto diverse. Quando i ricercatori hanno corretto l’alcalinità rimuovendo la quota organica e hanno ricalcolato i parametri carbonatici, la pCO2 calcolata nelle salamoie è aumentata fino a 84 microatmosfere, mentre lo stato di saturazione del carbonato di calcio (importante per gli organismi costruttori di conchiglie) è diminuito fino a 0,2–0,3 unità. In altri termini, la salamoia appariva meno favorevole alla formazione di minerali e più carica di CO2 rispetto a quanto suggerivano i calcoli standard.

Boro vs organici: quale incertezza conta di più?

Poiché lavori precedenti nella stessa area avevano mostrato che il boro non segue sempre il suo consueto legame con la salinità, il team ha confrontato due tipi di errore: l’uso del rapporto standard boro–salinità rispetto al boro misurato, e l’inclusione rispetto all’omissione dell’alcalinità organica. Hanno eseguito casi modellistici in cui variavano soltanto il boro, soltanto gli organici, o entrambi, partendo sempre dalle stesse misure di carbonio inorganico disciolto e alcalinità. Le deviazioni dovute all’uso dell’assunzione standard sul boro sono risultate modeste: la pCO2 si è spostata al massimo di circa 5 microatmosfere e i cambiamenti di pH e di saturazione minerale sono stati piccoli. Al contrario, trascurare l’alcalinità organica ha sistematicamente sottostimato la pCO2 (facendo apparire l’acqua più propensa ad assorbire CO2 dall’atmosfera) e ha sovrastimato la saturazione minerale. Quando hanno confrontato diversi modi di calcolare la pCO2 sugli stessi campioni, il miglior accordo è stato ottenuto dai metodi che includevano esplicitamente l’alcalinità organica, sottolineando che anche piccoli contributi organici migliorano la coerenza interna delle stime.

Cosa significa per l’assorbimento di CO2 nell’Artico

Lo studio conclude che nella salamoia del ghiaccio marino artico e nelle acque subito sotto il ghiaccio, ignorare l’alcalinità organica introduce errori molto maggiori nei calcoli del sistema carbonato rispetto all’assumere che il boro segua la sua relazione abituale con la salinità. Poiché la maggior parte delle valutazioni passate dello scambio di CO2 in queste regioni si è basata su calcoli dell’alcalinità che omettono gli organici, è probabile che esse sovrastimino la capacità del ghiaccio marino e delle acque sotto il ghiaccio di sottrarre CO2 dall’atmosfera, specialmente durante lo scioglimento primaverile quando viene rilasciata salamoia ricca di organici. Gli autori sostengono che le future campagne polari dovrebbero misurare pH molto precisi o misurare direttamente l’alcalinità organica—e almeno monitorare il carbonio organico dissolto come proxy—per vincolare meglio i bilanci di carbonio artici e le previsioni dell’acidificazione oceanica.

Citazione: Rush, S., Lee, CH., Lee, K. et al. Neglecting organic alkalinity introduces greater error than assuming boron to salinity ratios in Arctic sea ice brine carbonate system calculations. Sci Rep 16, 9393 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39719-6

Parole chiave: ghiaccio marino artico, alcalinità organica, assorbimento di anidride carbonica, carbonio organico dissolto, chimica del carbonato