Un bias sistematico nel pH misurato dai profili galleggianti porta a una sopravvalutazione del pCO2 derivato e a una sottostima dell’assorbimento di carbonio nell’Oceano Meridionale

Perché contano misure oceaniche piccolissime

L’Oceano Meridionale, l’ampio anello d’acqua attorno all’Antartide, assorbe discretamente una quota sproporzionata del calore in eccesso del pianeta e dell’anidride carbonica. Essendo remoto e soggetto a tempeste, gli scienziati fanno sempre più affidamento su profili robotici galleggianti piuttosto che sulle navi per monitorare quanto CO2 questo oceano assorbe realmente. Questo studio mostra che un errore sottile ma sistematico nel modo in cui quei galleggianti misurano l’acidità (pH) porta a una sovrastima della CO2 disciolta nell’acqua—e quindi a una sottostima della quantità di carbonio che l’Oceano Meridionale sottrae effettivamente all’atmosfera.

Robot che osservano un oceano difficile da raggiungere

I profili biogeochimici Argo sono strumenti a deriva che si immergono dalla superficie fino a circa 2.000 metri ogni pochi giorni, misurando temperatura, salinità, ossigeno, nutrienti e pH. Nell’Oceano Meridionale, ampie reti di questi galleggianti forniscono ora misure molto più frequenti di quanto le navi possano mai fare. Dal pH e da un valore stimato di un’altra proprietà chimica chiamata alcalinità, gli scienziati calcolano la pressione parziale di CO2 (pCO2) nell’acqua di mare, che viene poi usata per stimare lo scambio di CO2 tra oceano e atmosfera. Sorprendentemente, i calcoli basati sui galleggianti hanno suggerito che l’Oceano Meridionale rilasci complessivamente CO2, in contraddizione con misure effettuate da navi e aeromobili che lo indicano invece come un assorbitore netto di carbonio.

Confrontare robot e navi in acque profonde e vecchie

Per capire se il problema fosse nei galleggianti o nelle osservazioni tradizionali, gli autori hanno confrontato i profili dei galleggianti con dati navali di alta qualità del Global Ocean Data Analysis Project. Fondamentale è stato concentrarsi inizialmente su masse d’acqua profonde che sono state isolate dall’atmosfera sin da prima dell’era industriale e quindi contengono pochissimo carbonio aggiunto dall’uomo. In queste acque “vecchie”, qualsiasi differenza tra le misure dei galleggianti e quelle delle navi dovrebbe riflettere principalmente un bias dello strumento più che un reale cambiamento ambientale. Il confronto ha mostrato che le letture di galleggianti e navi coincidono da vicino per temperatura, salinità, ossigeno, nitrato e alcalinità, ma non per il sistema del carbonio: il pH misurato dai galleggianti è in media circa 0,021 unità più basso rispetto al pH navale, e il pCO2 derivato dai galleggianti è circa 20 microatmosfere più elevato.

Bias dalla superficie alle profondità, non solo in superficie

Raggruppando i dati in fasce di profondità, lo studio ha rilevato che queste discrepanze sono presenti in gran parte della colonna d’acqua, specialmente tra 200 e 1.500 metri, e si riducono solo negli strati più profondi. Poiché i valori di pCO2 dei galleggianti sono calcolati a partire da pH e alcalinità, e dato che l’alcalinità concorda bene tra galleggianti e navi, il colpevole più probabile è uno scostamento sistematico nelle misure del sensore di pH e nel modo in cui vengono corrette. Il processo attuale assume che una singola correzione determinata intorno a 1.500 metri valga allo stesso modo a tutte le profondità. Il pattern di dipendenza dalla profondità del disallineamento suggerisce che questo approccio a singolo punto non è sempre valido: la correzione sembra funzionare ragionevolmente sotto i 1.500 metri ma lascia un errore residuo consistente nelle parti più alte della colonna d’acqua.

Come gli errori in superficie distorcono le stime del flusso di carbonio

Poiché lo scambio aria–mare di CO2 dipende direttamente dal pCO2 superficiale, gli autori hanno quindi quantificato il bias proprio alla pelle dell’oceano. Usando un’analisi combinata degli scarti di CO2 e ossigeno rispetto ai loro valori di equilibrio, hanno stimato che il pCO2 superficiale derivato dai galleggianti è sovrastimato di circa 14 microatmosfere. Un confronto indipendente con un prodotto globale di CO2 superficiale basato su misure dirette di navi e altri mezzi ha dato una risposta molto simile, circa 17 microatmosfere. Insieme, queste linee di evidenza indicano un bias medio di superficie di 15±3 microatmosfere su centinaia di profili di galleggianti nell’Oceano Meridionale—sostanzialmente più grande di quanto si supponesse in precedenza. Test statistici mostrano che questo scostamento non può essere spiegato con errore di misura casuale, variazioni stagionali o tendenze di acidificazione a lungo termine.

Cosa significa per la nostra visione dell’Oceano Meridionale

Se i valori di pCO2 superficiale dei galleggianti sono sistematicamente troppo alti, studi precedenti hanno dato l’impressione che l’Oceano Meridionale sia meno serbatoio di carbonio di quanto non sia in realtà. Utilizzando relazioni pubblicate tra bias di pCO2 e flusso di carbonio, gli autori stimano che correggere questo errore ribalterebbe le stime basate sui galleggianti da un rilascio netto di CO2 a un’assimilazione netta, avvicinandole molto alle valutazioni basate su navi e aeromobili. In altre parole, invece di venir meno, l’Oceano Meridionale potrebbe assorbire sostanzialmente più CO2 prodotta dall’uomo di quanto alcune analisi dei galleggianti abbiano suggerito. Lo studio conclude che calibrazioni del pH dei galleggianti più sofisticate e sensibili alla profondità—ancorate da continue misure navali di alta qualità—saranno essenziali per sfruttare appieno i sistemi di osservazione autonomi mantenendo solido il nostro bilancio globale del carbonio.

Citazione: Zhang, C., Wu, Y., Brown, P.J. et al. A systematic bias in float pH leads to overestimation of derived pCO₂ and underestimation of carbon uptake by the Southern Ocean. Sci Rep 16, 13929 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43863-4

Parole chiave: serbatoio di carbonio dell’Oceano Meridionale, bias nel pH oceanico, profili biogeochimici Argo, flusso aria–mare di CO2, ciclo del carbonio oceanico