Gregory C. Johnson1 and Sarah G. Purkey2
1NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory, Seattle, WA, USA, 2Scripps Institution of Oceanography, University of
California San Diego, La Jolla, CA, USA
Lo studio di Johnson e Purkey costituisce un passaggio importante nella quantificazione del riscaldamento oceanico al di sotto dei 2000 m, perché combina i nuovi profili Deep Argo con le storiche misure CTD da nave raccolte a partire dagli anni Settanta, estendendo l’analisi dalla metà degli anni Ottanta alla metà degli anni 2010 e riducendo in modo sensibile l’incertezza delle stime globali. Il risultato principale è che il riscaldamento abissale risulta diffuso su gran parte del globo, con massimi nelle aree di formazione dell’Antarctic Bottom Water (AABW) e lungo i percorsi delle correnti di bordo occidentale profondo che trasportano queste masse d’acqua verso nord; nello strato profondo il segnale è molto evidente nell’Oceano Meridionale a sud di circa 50°S, nei mari GIN e nel Nord Atlantico subpolare occidentale, mentre compaiono aree di raffreddamento nell’Atlantico subpolare orientale e nel settore occidentale subtropicale e tropicale del Nord Atlantico. Dal punto di vista energetico, gli autori stimano trend integrati globalmente pari a 21,6 ± 6,5 TW nello strato profondo e 12,9 ± 1,8 TW nello strato abissale, valori più robusti rispetto alle valutazioni precedenti.
Questo quadro si inserisce in una linea di ricerca ormai consolidata. Già Purkey e Johnson nel 2010 avevano mostrato un riscaldamento delle acque abissali globali e delle acque profonde dell’Oceano Meridionale tra gli anni Novanta e Duemila, collegandolo in modo esplicito ai bilanci di calore e innalzamento sterico del livello del mare. L’IPCC ha poi valutato come probabile il riscaldamento dell’oceano al di sotto dei 2000 m dal 1992, sottolineando che il segnale è particolarmente marcato nell’Oceano Meridionale, mentre analisi più recenti mostrano che l’accumulo di calore oceanico si è accelerato fortemente dagli anni Novanta, quasi raddoppiando nel periodo 2010–2020 rispetto al 1990–2000. In questo contesto, il lavoro di Johnson e Purkey non cambia la sostanza del messaggio fisico, ma ne migliora la risoluzione spaziale e la solidità statistica: il profondo oceano non è un serbatoio marginale, bensì una componente attiva dell’assorbimento energetico del sistema climatico.
Un aspetto particolarmente rilevante riguarda il ruolo della Deep Argo, cioè l’estensione full-depth del sistema Argo, sviluppata proprio per chiudere meglio i bilanci di calore, acqua dolce e componente sterica del livello marino. Le prime reti pilota hanno già mostrato la loro capacità di cogliere il segnale climatico nelle acque di fondo: nel Pacifico sud-occidentale, per esempio, Deep Argo ha quantificato tassi di riscaldamento dell’ordine di 3 ± 1 m°C/anno tra 5000 e 5600 dbar. Studi recenti nel settore orientale del Pacifico meridionale, nell’area della Bellingshausen Basin, indicano inoltre che l’AABW non solo si sta riscaldando, ma sta anche rinfrescandosi e contraendosi in volume; gli autori ritengono plausibile che questo comportamento sia legato al maggiore apporto di acqua dolce da fusione antartica, che rende meno dense le acque di piattaforma e quindi meno efficienti nel formare acque di fondo molto dense. Nello stesso studio si stima che, nel periodo 2006–2020, il riscaldamento oceanico sotto i 2000 m rappresenti circa l’8% dello squilibrio energetico terrestre, valore coerente con l’idea, riportata anche nel nuovo lavoro, che il contributo del profondo oceano all’assorbimento totale di calore sia dell’ordine del 10%.
Il fatto che alcune regioni del Nord Atlantico mostrino invece segnali di raffreddamento mette bene in evidenza che il riscaldamento profondo non è spazialmente uniforme, ma dipende dalla struttura della ventilazione e dalla competizione tra masse d’acqua come AABW e North Atlantic Deep Water (NADW). Proprio per questo l’interpretazione dei trend osservati deve essere accompagnata da cautela dinamica: i modelli CMIP6, pur avendo fatto passi avanti, mostrano ancora bias importanti nella formazione, proprietà e trasporto delle acque profonde e di fondo, con molti modelli che simulano una convezione oceanica aperta troppo profonda, troppo frequente o troppo estesa. In termini scientifici, il valore del lavoro di Johnson e Purkey sta quindi anche qui: fornire un vincolo osservativo più stretto a una parte del sistema climatico che per decenni è rimasta sottocampionata. In altre parole, il segnale di riscaldamento delle acque profonde e abissali non è più soltanto un’indicazione qualitativa, ma una componente quantitativamente meglio definita del bilancio energetico globale, con implicazioni dirette per la circolazione termoalina, l’inerzia climatica del pianeta e la proiezione futura del livello del mare.
1. Introduzione
Il riscaldamento dell’oceano profondo e abissale rappresenta una delle espressioni più importanti, ma per lungo tempo meno osservate, dello squilibrio energetico del sistema climatico. Le sintesi più aggiornate mostrano che gli oceani hanno assorbito circa l’89% del calore in eccesso accumulato dalla Terra negli ultimi decenni, e che il riscaldamento dell’oceano a tutta profondità tra il 1993 e il 2023 è stimato nell’ordine di 332–403 TW; di questo totale, circa 36 ± 16 TW sono attribuiti agli strati compresi fra 2000 e 6000 m. Ciò implica che il profondo oceano non sia un semplice serbatoio passivo, ma una componente dinamica del bilancio climatico, capace di contribuire sia all’innalzamento sterico del livello del mare sia alla modulazione dell’inerzia termica del pianeta. Inoltre, il calore accumulato nell’oceano si riflette su processi climatici più ampi, fra cui la riduzione del ghiaccio marino, l’intensificazione di eventi estremi marini e l’aumento del contenuto di umidità atmosferica, con ripercussioni sul ciclo idrologico e sugli ecosistemi sensibili come le barriere coralline.
In questo contesto, il programma Argo ha segnato una svolta metodologica nella climatologia oceanica, rendendo possibile il monitoraggio quasi continuo della variabilità termoalina dei primi 2000 m della colonna d’acqua grazie a migliaia di galleggianti autonomi equipaggiati con sensori CTD. La letteratura più autorevole descrive Argo come una vera rivoluzione per l’oceanografia fisica, perché ha ridotto drasticamente l’incertezza nelle stime del riscaldamento dell’oceano superiore e ha fornito una base osservativa globale senza precedenti. Tuttavia, al di sotto della soglia operativa del Core Argo, il campionamento è rimasto per decenni affidato soprattutto alle sezioni idrografiche ripetute da nave, fondamentali ma troppo rade nel tempo e nello spazio per descrivere in modo dettagliato la variabilità interannuale e i pattern regionali del riscaldamento profondo. I lavori pionieristici di Purkey e Johnson avevano già mostrato che il riscaldamento abissale fosse diffuso su scala globale, con un segnale particolarmente netto nell’Oceano Meridionale profondo, ma con incertezze ancora rilevanti proprio a causa della scarsità osservativa.
La nascita di Deep Argo e la sua integrazione nel progetto OneArgo hanno quindi un significato cruciale: estendere l’osservazione oceanica fino al fondo marino e chiudere meglio i bilanci di calore, salinità e livello del mare. Gli studi di modellistica osservativa indicano che una rete Deep Argo globale può ridurre in modo sostanziale gli errori nelle stime di temperatura e salinità del profondo oceano, mentre le analisi basate sui primi array pilota hanno già mostrato risultati concreti. Nel Pacifico sud-occidentale, per esempio, Deep Argo ha quantificato tassi di riscaldamento delle bottom waters coerenti con il segnale climatico atteso; nel Bacino Argentino, il confronto fra dati storici e nuovi profili Deep Argo ha evidenziato un riscaldamento dell’Antarctic Bottom Water associato anche a un rallentamento della circolazione abissale. Più in generale, la sintesi osservativa globale di Johnson e Purkey dimostra che il riscaldamento sotto i 2000 m segue da vicino le regioni di formazione dell’Antarctic Bottom Water e i percorsi delle deep western boundary currents, mentre alcune aree del Nord Atlantico mostrano segnali di raffreddamento, coerenti con il ruolo della ventilazione legata alla North Atlantic Deep Water e con la forte eterogeneità regionale della circolazione termoalina.
Da questo punto di vista, l’introduzione dello studio coglie bene un aspetto fondamentale della climatologia contemporanea: oggi non è più sufficiente sapere che l’oceano si stia riscaldando, ma occorre stabilire dove, a quale profondità e con quali connessioni dinamiche fra masse d’acqua, formazione polare e trasporto lungo i bacini. La variabilità della Labrador Sea Water, documentata su scala decadale nel Mare del Labrador, mostra per esempio quanto la formazione di acque profonde nel Nord Atlantico possa modificare le proprietà termoaline degli strati intermedi e profondi; allo stesso modo, il progressivo miglioramento delle osservazioni profonde consente di distinguere meglio il segnale antropico di lungo periodo dalla variabilità naturale regionale. In questo senso, la combinazione fra dati CTD storici e nuove osservazioni Deep Argo rappresenta un avanzamento decisivo: non solo conferma che il riscaldamento del profondo oceano contribuisce per circa un decimo all’assorbimento totale di calore oceanico, ma riduce in modo sostanziale l’incertezza delle stime e rende finalmente visibili pattern sub-bacino che prima rimanevano nascosti. Il significato climatico è notevole, perché una quota di calore immagazzinata a grande profondità tende a permanere nel sistema per tempi molto lunghi, rafforzando la memoria termica dell’oceano e la persistenza del cambiamento climatico anche su scale pluridecadali.
Dati e metodi per la stima del riscaldamento oceanico profondo e abissale
La forza di questa sezione metodologica risiede innanzitutto nell’integrazione di due archivi osservativi complementari: da un lato i profili Deep Argo, che estendono l’osservazione autonoma fino a gran parte del fondo oceanico, e dall’altro i profili CTD da nave provenienti dal World Ocean Database, il più grande archivio mondiale di profili oceanografici uniformati e sottoposti a controllo di qualità. In questo modo gli autori non si limitano a una fotografia recente del profondo oceano, ma costruiscono una base temporale lunga, capace di collegare le osservazioni storiche delle sezioni idrografiche con il nuovo monitoraggio quasi-operativo dell’oceano full-depth. La scelta di usare soltanto dati con flag qualitativi buoni o probabilmente buoni, sia per Deep Argo sia per i profili da nave, è coerente con gli standard della climatologia oceanica moderna, e risulta particolarmente importante in un contesto in cui il segnale climatico cercato è piccolo in valore assoluto ma persistente nel tempo. Il fatto che le accuratezze-obiettivo di Deep Argo per temperatura, salinità e pressione siano confrontabili con quelle del lavoro CTD di alta qualità da nave rende il confronto tra i due insiemi di dati metodologicamente solido, soprattutto perché tali errori strumentali sono inferiori al “rumore” geofisico generato da vortici mesoscalari, onde interne e variabilità locale.
Un altro elemento di robustezza è l’adozione del formalismo TEOS-10 tramite toolbox GSW, con cui gli autori convertono i dati osservati in salinità assoluta e temperatura conservativa, due variabili termodinamicamente più appropriate delle grandezze oceanografiche tradizionali quando si vuole stimare il contenuto di calore con coerenza fisica. Questa scelta è tutt’altro che formale: nel calcolo del riscaldamento profondo, differenze molto piccole di temperatura, distribuite su masse oceaniche enormi, si traducono in variazioni energetiche climaticamente rilevanti, per cui l’uso di una termodinamica rigorosa è essenziale. Anche l’interpolazione su una griglia verticale uniforme di 10 dbar, con esclusione dei tratti interpolati su lacune superiori a 100 dbar, riflette una strategia prudente: preservare la continuità dei profili senza introdurre artifici numerici nelle zone dove la copertura osservativa è insufficiente. Dopo questo filtraggio rimangono 66.617 profili CTD da nave e 30.169 profili Deep Argo che raggiungono almeno 2100 dbar, un volume di dati che supera nettamente quello disponibile nei lavori pionieristici basati sulle sole sezioni ripetute e consente di affrontare per la prima volta la distribuzione globale del calore antropogenico nelle acque profonde e abissali con una risoluzione spaziale più fine.
Molto importante è poi il modo in cui i dati vengono organizzati nello spazio e nel tempo. I profili sono aggregati in celle di circa 167 × 167 km, una scala scelta perché sufficientemente piccola da limitare la contaminazione da gradienti spaziali, ma anche coerente con la scala di decorrelazione delle temperature profonde stimata da Purkey e Johnson nel loro studio classico del 2010. In termini statistici, ciò permette di trattare ogni cella come un’unità quasi indipendente per la stima dei gradi di libertà, evitando di sovrastimare la quantità di informazione disponibile. All’interno di ciascuna cella, il trend è ricavato solo quando esistono almeno due misure separate da almeno un decennio, scelta che privilegia il segnale climatico di lungo periodo rispetto alla variabilità interannuale o subdecadale. A ciò si aggiunge un controllo qualità robusto sugli outlier, eseguito per bacino e livello di pressione secondo il criterio interquartile di Tukey, che riduce il rischio che pochi valori anomali deformino le stime regionali dei trend. Dopo questo passaggio rimangono 70.731 profili in 3338 celle a 2100 dbar, con una copertura che decresce verso il fondo ma resta comunque sufficiente a sostenere una mappatura globale interpolata. È una procedura metodologicamente raffinata, perché cerca un equilibrio realistico tra densità di campionamento, indipendenza statistica e rappresentatività spaziale.
La conversione dei trend termici in tassi di variazione del contenuto di calore oceanico mostra un’ulteriore attenzione alla coerenza fisica. Gli autori combinano la batimetria ETOPO1, opportunamente filtrata, con le relazioni TEOS-10 per trasformare profondità in pressione e stimare la massa dell’oceano in ciascuno strato di 10 dbar; successivamente applicano il calore specifico dell’acqua marina per ottenere flussi energetici in watt. Questo passaggio è centrale, perché consente di collegare direttamente le tendenze termiche locali al bilancio energetico globale. Anche se le celle con dati diretti rappresentano solo una parte del dominio, esse campionano circa il 27% della massa oceanica globale al di sotto dei 2000 dbar, una quota molto rilevante se si considera quanto il profondo oceano sia storicamente sottocampionato. L’uso dell’interpolazione natural neighbor per riempire le celle prive di stima diretta è una soluzione appropriata in questo contesto, poiché sfrutta la struttura locale del campo osservato senza imporre una parametrizzazione eccessivamente rigida. In più, la rimozione dei valori interpolati che cadrebbero sotto la batimetria reale evita estensioni fisicamente impossibili del segnale. Tutto ciò rende il prodotto finale non una semplice media globale, ma una ricostruzione spazialmente plausibile del riscaldamento profondo e abissale.
Particolarmente convincente è infine il trattamento delle incertezze. Gli autori calcolano la dispersione dei trend solo nelle celle con osservazioni dirette, assumono un grado di libertà per cella e stimano intervalli di confidenza al 90%mediante distribuzione t di Student. Quando integrano verticalmente, scelgono deliberatamente un’ipotesi conservativa: assumere che gli errori siano perfettamente correlati tra gli strati, perché le principali fonti d’incertezza — aliasing dei gradienti spaziali e segnali vorticosi mesoscalari — tendono effettivamente a presentare coerenza verticale. Questo significa che le barre d’errore finali potrebbero essere persino sovrastimate, non sottostimate, e quindi che le conclusioni sul riscaldamento profondo risultano statisticamente prudenti. Il confronto finale con le stime di bacino ottenute secondo la metodologia di Purkey e Johnson (2010), ma aggiornate con i dati CCHDO più recenti, rafforza ulteriormente il disegno dello studio: non si abbandona la tradizione delle sezioni idrografiche ripetute, che restano un riferimento fondamentale della climatologia oceanica profonda, ma la si integra con il salto osservativo offerto da Deep Argo e dal quadro OneArgo, che punta a un oceano osservato in modo globale, full-depth e multidisciplinare. In questa prospettiva, la sezione “Data and Methods” non è solo una parte tecnica del lavoro, ma il vero fondamento che consente di trasformare un problema storicamente dominato dalla scarsità di dati in una stima climatica molto più robusta, spazialmente risolta e fisicamente interpretabile.
Significato osservativo della Figura 1 nel contesto del riscaldamento dell’oceano profondo
La Figura 1 è metodologicamente molto importante perché mostra, prima ancora dei risultati climatici veri e propri, quanto sia solida la base osservativa usata per stimare i trend termici a 2.100 dbar. Il pannello (a) indica che la maggior parte dei bin spaziali di circa 167 × 167 km contiene un numero relativamente modesto di profili, con una distribuzione fortemente asimmetrica: molti bin hanno poche osservazioni, mentre un numero più ridotto di celle presenta campionamenti molto fitti; nel lavoro, i bin utilizzabili a 2.100 dbar sono 3.338, di cui 91 con più di 100 profili, fino a un massimo di 542. Questa struttura è tipica dell’oceanografia profonda: il campionamento non è uniforme, ma riflette l’eredità delle sezioni idrografiche ripetute e, più recentemente, l’espansione dei float Deep Argo. Dal punto di vista statistico, la figura suggerisce quindi che il dataset non è omogeneo, ma è comunque abbastanza esteso da sostenere stime di tendenza su scala globale, soprattutto perché la dimensione dei bin è stata scelta in coerenza con la scala di decorrelazione spaziale delle temperature profonde già discussa da Purkey e Johnson nel loro studio pionieristico del 2010. In altre parole, il pannello (a) non dice soltanto “quanti dati ci sono”, ma documenta il compromesso fra densità osservativa, indipendenza statistica e rappresentatività spaziale su cui si fonda l’intera analisi dei trend profondi e abissali.
Il pannello (b) aggiunge la dimensione temporale, mostrando gli anni iniziali e finali delle serie utilizzate per calcolare i trend nei singoli bin. Le date iniziali si concentrano soprattutto tra gli anni Settanta, Ottanta e primi Novanta, mentre le date finali si addensano nettamente negli anni 2010 e 2020. Questo assetto temporale è estremamente significativo, perché documenta come lo studio riesca a connettere due epoche osservative diverse: quella storica delle campagne CTD da nave, che hanno fornito i primi riferimenti full-depth nelle principali sezioni oceaniche, e quella più recente dell’osservazione autonoma profonda resa possibile da Deep Argo. Proprio questa lunga separazione temporale tra primo e ultimo dato in ciascun bin rende possibile isolare un segnale decadale di riscaldamento, riducendo il peso della variabilità interannuale o subdecadale. In climatologia oceanica questo è un punto essenziale: senza una distanza temporale di molti anni, la stima di trend molto piccoli ma persistenti nelle acque profonde sarebbe facilmente contaminata da rumore dinamico locale, come mesoscala, variazioni di ventilazione o oscillazioni regionali della circolazione. La figura, dunque, mostra che l’analisi non si basa su un semplice confronto fra due campagne casuali, ma su una rete di serie temporali distribuite nel tempo abbastanza ampia da dare significato climatico ai trend stimati.
Nel complesso, la Figura 1 va interpretata come una sorta di “radiografia” del supporto osservativo su cui poggia il lavoro. Il suo messaggio di fondo è che il riscaldamento dell’oceano profondo non viene dedotto da poche sezioni isolate, ma da una combinazione di archivi storici CTD e nuove osservazioni Deep Argo, proprio nel solco della transizione verso OneArgo, cioè una rete globale full-depth e multidisciplinare. La letteratura recente sottolinea infatti che Deep Argo è nato per colmare la storica lacuna osservativa sotto i 2000 dbar, dove il Core Argo non arriva, e che questa estensione è cruciale per chiudere meglio i bilanci di calore, massa e livello del mare dell’oceano globale. Per questo motivo la Figura 1 ha un valore che va oltre la descrizione del campione: essa dimostra che il nuovo quadro osservativo sta finalmente permettendo di passare da stime grossolane di bacino, tipiche dell’epoca delle sole sezioni ripetute, a ricostruzioni molto più dettagliate dei pattern spaziali del riscaldamento profondo e abissale. In sintesi, la figura non rappresenta ancora il riscaldamento stesso, ma ne mostra la condizione indispensabile: una copertura spazio-temporale sufficientemente ampia, stratificata e pluridecadale da rendere credibili le stime globali del contenuto di calore sotto i 2000 metri.
Distribuzione globale del riscaldamento nell’oceano profondo e abissale: interpretazione della Figura 2
La Figura 2 rappresenta il cuore fisico dello studio, perché mostra la distribuzione geografica delle tendenze decadali della temperatura media nello strato profondo dell’oceano, fra 2.000 e 4.000 dbar nel pannello (a), e nello strato abissale, fra 4.000 e 6.000 dbar nel pannello (b). Il risultato più evidente è che il riscaldamento non è casuale né uniformemente diffuso, ma segue una struttura dinamica ben riconoscibile: nel pannello abissale i segnali positivi più intensi si concentrano attorno all’Antartide e lungo i percorsi di propagazione dell’Antarctic Bottom Water (AABW), mentre nel pannello profondo il riscaldamento è particolarmente marcato nell’Oceano Meridionale a sud di circa 50°S, nei mari GIN e nel Nord Atlantico subpolare occidentale. Lo stesso studio segnala invece aree di raffreddamento nel Nord Atlantico, soprattutto nel settore subpolare orientale e nella fascia subtropicale-tropicale occidentale, oltre che in parte dell’Atlantico meridionale orientale, regioni più strettamente legate alla ventilazione della North Atlantic Deep Water (NADW). In altre parole, la figura mostra con notevole chiarezza che il segnale termico profondo riflette la geografia della circolazione termoalina globale e delle sue masse d’acqua sorgente, non una semplice diffusione uniforme del calore verso il basso.
Dal punto di vista oceanografico, il pannello (b) è forse il più eloquente, perché conferma e raffina quanto Purkey e Johnson avevano già documentato nel 2010: il riscaldamento abissale è ampio, persistente e particolarmente forte nelle regioni di formazione e di uscita dell’AABW, con un’intensità che tende a diminuire man mano che ci si allontana dall’Antartide. Questo gradiente spaziale è coerente con l’idea che il segnale termico venga trasportato lungo le deep western boundary currents, cioè i principali canali di propagazione delle acque di fondo nei bacini oceanici. La novità della Figura 2 rispetto ai lavori precedenti sta nel fatto che l’integrazione tra CTD storici e Deep Argo permette di vedere pattern su scala sub-bacino che con le sole sezioni idrografiche ripetute emergevano in modo più grossolano. Non a caso, studi recenti nel settore pacifico-antartico, come quello sulla Bellingshausen Basin, mostrano che l’AABW non solo si sta riscaldando, ma in alcune aree si sta anche rinfrescando e contraendo in volume, segnale compatibile con cambiamenti nella densificazione delle acque di piattaforma antartiche e con un apporto crescente di acqua dolce da fusione glaciale. La Figura 2, quindi, non fotografa soltanto un aumento termico: documenta una riorganizzazione della struttura termica profonda legata ai processi di formazione, trasformazione e trasporto delle acque di fondo antartiche.
Anche il pannello (a), relativo allo strato 2.000–4.000 dbar, è molto istruttivo, perché mostra un campo più complesso, dove il riscaldamento diffuso convive con nuclei di raffreddamento nel Nord Atlantico. Qui entra in gioco la diversa dinamica delle masse d’acqua profonde: mentre l’AABW domina gli abissi, gli strati profondi del Nord Atlantico risentono della variabilità della NADW e, su scala regionale, della Labrador Sea Water, la cui formazione varia nel tempo in risposta ai cambiamenti della convezione invernale e della circolazione subpolare. Per questo la figura suggerisce che il profondo oceano non stia rispondendo al forcing antropico in modo spazialmente uniforme, ma attraverso una modulazione prodotta dalla ventilazione e dalla circolazione interna dei bacini. Il valore climatico del risultato è notevole: Johnson e Purkey stimano che il riscaldamento sotto i 2.000 m contribuisca per circa un decimo dell’assorbimento totale di calore oceanico, con trend integrati globalmente di 21,6 ± 6,5 TW nello strato profondo e 12,9 ± 1,8 TW in quello abissale, mentre il contesto più generale dell’inventario energetico terrestre mostra che l’oceano nel suo complesso assorbe la grande maggioranza del calore in eccesso del sistema climatico. In questo senso, la Figura 2 è importante non solo perché localizza dove il riscaldamento profondo sia più intenso, ma perché dimostra che anche variazioni termiche di pochi millesimi di grado all’anno, se distribuite su enormi masse d’acqua, hanno un peso energetico reale nel bilancio climatico globale.
Risultati osservativi del riscaldamento dell’oceano profondo e abissale: distribuzione spaziale, masse d’acqua e bilancio energetico
I risultati di Johnson e Purkey mostrano con notevole chiarezza che il riscaldamento dell’oceano sotto i 2000 m non è né uniforme né casuale, ma segue la geometria della circolazione termoalina globale e, in particolare, i percorsi delle grandi masse d’acqua profonde. Nello strato abissale, compreso fra 4000 e 6000 dbar, i segnali di riscaldamento più intensi si concentrano nelle aree adiacenti all’Antartide e si propagano verso nord lungo le vie di diffusione dell’Antarctic Bottom Water (AABW), attenuandosi progressivamente con la distanza dalle regioni sorgente. Lo studio quantifica massimi locali dell’ordine di 3–4 m°C anno⁻¹ nel Ross Gyre e nel bacino Australiano-Antartico, cioè immediatamente a valle di due tra i principali settori di formazione dell’AABW, mentre nel Weddell Basin e lungo la sequenza Argentine–Brazil basins il riscaldamento rimane robusto, circa 2 m°C anno⁻¹, e prosegue fino al Nord Atlantico occidentale tropicale. Questo quadro aggiorna e raffina quanto già emerso nel classico lavoro di Purkey e Johnson del 2010, che aveva identificato un diffuso riscaldamento abissale di origine prevalentemente australe, ma con una risoluzione spaziale allora ancora limitata dalla dipendenza quasi esclusiva dalle sezioni idrografiche ripetute.
Il fatto che l’intensità del riscaldamento diminuisca lungo i percorsi di propagazione dell’AABW ha un significato dinamico molto importante: suggerisce che il segnale termico non si stia diffondendo semplicemente per mescolamento verticale diffuso, ma venga trasportato lungo le deep western boundary currents e le principali connessioni abissali tra i bacini. In questo senso, i risultati nel Pacifico sud-occidentale, nel Pacifico centrale e nell’Indiano orientale sono particolarmente coerenti con la dinamica delle acque di fondo antartiche. La letteratura più recente conferma che l’AABW sta andando incontro non solo a riscaldamento, ma anche a freshening e contraction, come documentato nel settore della Bellingshausen Basin, dove le bottom waters mostrano una combinazione di aumento termico, diminuzione di salinità e contrazione volumetrica, plausibilmente legata all’incremento dell’apporto di acqua dolce da fusione glaciale antartica e a cambiamenti nei processi di densificazione sulle piattaforme continentali. Ciò rende il pattern mostrato dai risultati ancora più rilevante: il riscaldamento degli abissi non è solo una firma energetica, ma anche il riflesso di una trasformazione fisica delle masse d’acqua antartiche che alimentano il serbatoio più profondo dell’oceano globale.
Il quadro è più articolato nello strato profondo, tra 2000 e 4000 dbar, dove le tendenze termiche risultano spazialmente più eterogenee. Qui il riscaldamento resta dominante nell’Oceano Meridionale a sud di circa 50°S, ma compaiono strutture regionali più complesse, fra cui il forte riscaldamento dei mari Groenlandese, Islandese e Norvegese, il riscaldamento di gran parte del Nord Atlantico subpolare occidentale e, al contrario, un’estesa area di raffreddamento nel Nord Atlantico occidentale subtropicale e tropicale e nella porzione orientale del gyre subpolare. Questa opposizione riflette bene il ruolo della North Atlantic Deep Water (NADW) e della sua variabilità di ventilazione. In particolare, la dinamica della Labrador Sea Water, che dipende dall’intensità della convezione invernale e dalle condizioni di stratificazione e freshwater forcing nel Mare del Labrador, è stata indicata da Yashayaev e Loder come un elemento chiave della variabilità decadale nel subpolar North Atlantic. I risultati del nuovo studio sono quindi coerenti con l’idea che il segnale antropico di lungo periodo si sovrapponga a una forte modulazione regionale legata alla circolazione profonda atlantica, producendo riscaldamenti e raffreddamenti locali anche all’interno dello stesso grande bacino.
Un altro elemento molto significativo è la differenza tra il comportamento dell’emisfero australe e quello boreale. Le medie zonali e le medie ponderate per massa mostrate nello studio indicano che a sud di 50°S il riscaldamento è nettamente più forte a quasi tutte le profondità considerate: nello strato abissale il trend medio si colloca attorno a 2 m°C anno⁻¹, indebolendosi a circa 1 m°C anno⁻¹ risalendo verso i 2800–2000 dbar. A nord di 50°S, invece, il segnale resta mediamente positivo ma molto più debole, inferiore a 0,5 m°C anno⁻¹, e in alcuni intervalli di pressione diventa statisticamente indistinguibile da zero. Questo contrasto conferma il ruolo centrale dell’Oceano Meridionalecome porta principale attraverso cui il sistema climatico trasferisce una quota del surplus energetico antropogenico nelle profondità oceaniche. Non sorprende quindi che anche i lavori più ampi sul bilancio termico terrestre identifichino l’oceano come il deposito di circa l’89% del calore in eccesso accumulato nel sistema climatico, e che il riscaldamento sotto i 2000 m rappresenti una frazione più piccola ma comunque essenziale di tale accumulo.
Dal punto di vista energetico, i numeri finali dello studio sono particolarmente robusti: il trend integrato globalmente del contenuto di calore è stimato in 21,6 ± 6,5 TW per lo strato profondo e in 12,9 ± 1,8 TW per lo strato abissale, per un totale di circa 34,5 TW sotto i 2000 m. Rapportato alla superficie terrestre, questo equivale a un guadagno medio di energia di 0,068 ± 0,016 W m⁻² nel periodo medio globale compreso tra 1987 e 2015. Il valore è coerente con il quadro più generale secondo cui il riscaldamento full-depth dell’oceano nel periodo recente si colloca fra 332 e 403 TW, il che implica che il contributo delle acque sotto i 2000 m sia dell’ordine di circa un decimo dell’assorbimento oceanico totale. Si tratta di una quota apparentemente modesta, ma climaticamente decisiva, perché il calore immagazzinato a tali profondità ha tempi di permanenza molto lunghi, contribuisce all’inerzia del sistema climatico e agisce sia sull’espansione sterica del livello del mare sia sulla trasformazione delle masse d’acqua profonde. In questo senso, i risultati di Johnson e Purkey confermano che il profondo oceano non è un comparto periferico del cambiamento climatico, ma uno dei suoi archivi energetici più persistenti e fisicamente rilevanti.
Un aspetto metodologico che rafforza molto queste conclusioni è l’apporto del sistema Deep Argo e, più in generale, della transizione verso OneArgo. La nuova generazione di osservazioni full-depth consente infatti di superare la storica sottocampionatura delle acque sotto i 2000 dbar, che nei decenni passati obbligava a inferenze più grossolane basate su poche sezioni ripetute. La letteratura recente sottolinea che Deep Argo sta rendendo possibile una rappresentazione molto più affidabile dei pattern sub-bacino del riscaldamento profondo e abissale, cioè proprio quel livello di dettaglio che emerge in questi risultati: un oceano profondo globalmente in riscaldamento, ma organizzato secondo la struttura delle masse d’acqua, delle correnti di bordo e delle regioni di formazione polare. È qui che il lavoro assume un valore che va oltre la semplice quantificazione del trend: esso fornisce un vincolo osservativo molto più stringente alla comprensione del modo in cui il surplus energetico antropogenico penetra negli abissi e si redistribuisce su scala planetaria.
Struttura latitudine-profondità del riscaldamento oceanico profondo e abissale: interpretazione della Figura 3
La Figura 3 è particolarmente importante perché traduce il segnale spaziale mostrato in Figura 2 in una lettura dinamica più sintetica, organizzata per latitudine e pressione. Nel pannello (a), le medie zonali delle tendenze termiche mostrano che il riscaldamento più intenso si concentra nettamente nell’Oceano Meridionale, soprattutto a sud di circa 50°S, e coinvolge in modo molto evidente lo strato abissale compreso fra 4000 e 6000 dbar, dove compaiono valori spesso superiori a 2 m°C anno⁻¹; risalendo verso i 2000–3000 dbar il segnale resta positivo, ma tende ad attenuarsi. Le isolinee nere della temperatura media del gennaio 1995 aiutano a leggere questo pattern: i tassi di riscaldamento più robusti coincidono in larga misura con le masse d’acqua più fredde e dense di origine australe, cioè quelle direttamente collegate alla formazione e alla propagazione dell’Antarctic Bottom Water (AABW). Questo assetto è coerente con il quadro osservativo ormai consolidato secondo cui il riscaldamento profondo e abissale globale è dominato dall’impronta dell’Antartide e delle sue acque di fondo, con un segnale che si propaga verso nord lungo i percorsi della circolazione profonda.
Il pannello (a) mostra anche che, fuori dal dominio australe, il campo dei trend diventa più debole e più irregolare. A nord di circa 10°N il riscaldamento medio zonale è in gran parte confinato alla metà inferiore dello strato abissale, mentre negli strati profondi intermedi emerge persino un segnale medio di raffreddamento, dovuto soprattutto all’Atlantico settentrionale. Questo contrasto riflette la diversa natura delle masse d’acqua che occupano gli abissi e il profondo oceano: negli oceani dell’emisfero sud domina l’impronta dell’AABW, mentre nel Nord Atlantico pesano maggiormente la North Atlantic Deep Water (NADW) e la sua variabilità di ventilazione. Non a caso, Johnson e Purkey sottolineano che le aree di raffreddamento abissale si concentrano proprio nei bacini profondi del Nord Atlantico e nell’Atlantico meridionale orientale, mentre nello strato 2000–4000 dbar compaiono pattern più eterogenei, fra cui il forte riscaldamento dei mari Groenlandese-Islandese-Norvegese e il raffreddamento di ampie porzioni del Nord Atlantico occidentale subtropicale e tropicale. La Figura 3, quindi, chiarisce che il riscaldamento profondo globale non è omogeneo, ma è modulato dalla circolazione termoalina e dalle regioni di formazione delle acque profonde.
Il pannello (b) condensa questo messaggio in modo molto efficace, confrontando le medie ponderate per massa a sud di 50°S e a nord di 50°S. A sud di 50°S, la curva mostra un riscaldamento medio di circa 2 m°C anno⁻¹ nello strato abissale, che si indebolisce fino a circa 1 m°C anno⁻¹ intorno a 2800 dbar e poi rimane positivo fino a 2000 dbar. A nord di 50°S, invece, i trend restano molto più deboli, generalmente inferiori a 0,5 m°C anno⁻¹, e tra circa 3100 e 3600 dbar diventano indistinguibili da zero entro l’intervallo d’incertezza. Questa differenza è una delle conclusioni più solide dell’intero studio: il Southern Ocean è il principale punto d’ingresso del calore antropogenico nelle grandi profondità oceaniche. È un risultato coerente sia con il classico studio di Purkey e Johnson del 2010, che già evidenziava il ruolo dominante dell’Oceano Meridionale nel riscaldamento delle acque profonde e abissali, sia con gli studi più recenti basati su Deep Argo, che documentano un’AABW non solo in riscaldamento, ma in alcune regioni anche in freshening e contrazione volumetrica, come nel settore della Bellingshausen Basin.
Dal punto di vista climatico, la Figura 3 è preziosa perché collega una variazione termica apparentemente minima, dell’ordine di pochi millesimi di grado all’anno, a un segnale energetico tutt’altro che trascurabile. Nel lavoro, l’integrazione globale dei trend porta a un aumento del contenuto di calore pari a 21,6 ± 6,5 TW nello strato profondo e 12,9 ± 1,8 TW in quello abissale, per un totale che corrisponde a circa 0,068 ± 0,016 W m⁻² di guadagno energetico medio sulla superficie terrestre nel periodo medio 1987–2015. Inseriti nel quadro più ampio del bilancio energetico terrestre, questi numeri confermano che il calore immagazzinato sotto i 2000 m rappresenta una quota minoritaria ma fondamentale dell’assorbimento oceanico totale: gli oceani nel loro complesso hanno assorbito circa l’89% del calore in eccesso accumulato nel sistema climatico, e la porzione profonda-abissale contribuisce in modo decisivo all’inerzia termica del pianeta, all’espansione sterica e alla persistenza del cambiamento climatico su scale temporali molto lunghe. In questo senso, la Figura 3 non è solo una sintesi grafica dei risultati, ma una dimostrazione molto chiara del fatto che il riscaldamento degli abissi è già parte integrante del segnale climatico globale osservato.
Discussione: significato climatico del riscaldamento dell’oceano profondo e abissale
La discussione dello studio mette in evidenza un risultato ormai difficilmente contestabile: l’oceano al di sotto dei 2000 dbar sta accumulando calore in modo sistematico, e lo fa con una robustezza osservativa oggi molto maggiore rispetto al passato. La somma dei trend globalmente integrati stimati dagli autori raggiunge 34,5 ± 8,3 TW, di cui 21,6 ± 6,5 TW nello strato profondo tra 2000 e 4000 dbar e 12,9 ± 1,8 TW nello strato abissale tra 4000 e 6000 dbar. Questi valori sono molto vicini alle stime aggiornate del filone inaugurato da Purkey e Johnson, ma presentano incertezze circa dimezzate, perché non si basano più soltanto sulle sezioni idrografiche ripetute: vengono invece combinati tutti i profili CTD ad alta risoluzione verticale disponibili, inclusi quelli di Deep Argo, purché separati da almeno un decennio all’interno di bin spaziali di circa 167 × 167 km. In termini metodologici questo è un salto importante, perché consente di campionare direttamente circa il 27% della massa oceanica globale sotto i 2000 dbar e di ridurre in modo sostanziale il rapporto tra rumore osservativo e segnale climatico.
Un secondo punto cruciale della discussione è che la nuova mappatura non migliora soltanto la precisione numerica delle stime, ma rende visibili strutture spaziali prima molto più sfocate. Il pattern dominante è la progressiva attenuazione del riscaldamento abissale con la distanza dall’Antartide, visibile in più bacini oceanici e anche nelle medie zonali. In altre parole, il segnale termico non appare distribuito in modo uniforme, ma segue le traiettorie di propagazione delle masse d’acqua di fondo. Per esempio, il riscaldamento più forte nella parte occidentale del Pacifico sud-occidentale emerge con molta chiarezza, così come il segnale che risale verso basse latitudini nell’Atlantico occidentale lungo il fianco occidentale della dorsale medio-atlantica. Questo tipo di organizzazione spaziale è coerente con l’idea che il riscaldamento abissale venga trasportato lungo le grandi vie della circolazione profonda, e rappresenta uno dei principali avanzamenti rispetto alle ricostruzioni di bacino più aggregate del passato.
Dal punto di vista fisico, gli autori interpretano gran parte del riscaldamento dell’oceano abissale come conseguenza di una riduzione del tasso di formazione e della densità dell’Antarctic Bottom Water (AABW). Questa interpretazione è ben allineata con la letteratura recente. Studi osservativi nel Mare di Weddell mostrano una riduzione di circa il 30% del volume della Weddell Sea Bottom Water dal 1992, con la perdita maggiore nelle classi più dense; nel bacino Australian-Antarctic è stata inoltre documentata una diminuzione del trasporto di AABW di circa 4 Sv tra il 1994 e il 2009, associata a un marcato freshening delle acque di piattaforma. A ciò si aggiungono osservazioni recenti nell’area della Bellingshausen Basin, che mostrano AABW in riscaldamento, freshening e contrazione volumetrica, con una possibile accelerazione di tali cambiamenti negli ultimi anni. Il quadro meccanicistico che emerge è quindi coerente: maggiore apporto di acqua dolce da fusione glaciale, modifiche nella produzione di ghiaccio marino e nei venti polari riducono la densità delle acque sorgente, rallentano o indeboliscono l’esportazione di AABW e producono un riassetto termico dell’oceano profondo che può essere trasmesso anche a grande distanza attraverso onde planetarie e aggiustamenti dinamici su scala decadale, fino al Pacifico settentrionale.
La discussione mostra però anche che questo segnale non è universale in modo semplice, perché il Nord Atlantico profondo e abissale risponde in maniera più complessa. I bacini alimentati soprattutto da North Atlantic Deep Water (NADW), inclusi i due principali del Nord Atlantico e il bacino dell’Angola, mostrano tendenze di raffreddamento coerenti con il raffreddamento di lungo periodo della lower NADW già descritto da Mauritzen e colleghi. Nello strato 2000–4000 dbar, inoltre, il Nord Atlantico presenta una forte eterogeneità: riscaldamento nei mari GIN e nella porzione occidentale del subpolar gyre, ma raffreddamento nel settore subpolare orientale e in gran parte dell’Atlantico occidentale subtropicale e tropicale. Questo suggerisce che, in quella regione, una semplice tendenza lineare possa essere una rappresentazione solo parziale, perché il segnale di lungo periodo è intrecciato con oscillazioni decadali propaganti, cambi di ventilazione e riorganizzazioni della struttura della NADW superiore e inferiore.
Un altro aspetto notevole della discussione riguarda il forte contrasto tra l’oceano a sud di 50°S e quello posto più a nord. A sud di questa soglia, poco oltre il fronte subantartico della Corrente Circumpolare Antartica, il riscaldamento profondo e abissale è netto e statisticamente robusto; a nord di 50°S il segnale persiste, ma si indebolisce molto, e nello strato profondo compare persino una fascia fra circa 3100 e 3600 dbar in cui il trend medio è indistinguibile da zero. Gli autori interpretano questa neutralità come la firma di alcune delle acque più antiche del Pacifico e dell’Indiano, masse d’acqua che non hanno avuto contatto diretto con la superficie da circa un millennio. È un punto importante, perché mostra che la penetrazione del segnale antropico negli abissi non dipende solo dall’intensità del forcing, ma anche dall’“età” dinamica delle masse d’acqua e dai tempi di ventilazione della circolazione di overturning.
Nel complesso, la discussione converge su una conclusione di grande rilievo climatico: il pattern di riscaldamento più forte sul fondo e alle alte latitudini australi, già visibile nelle osservazioni, è coerente anche con i modelli oceanici ad alta risoluzione che riproducono meglio la formazione dell’AABW. Questi modelli suggeriscono inoltre che, se la formazione di AABW continuerà a ridursi, l’assorbimento di calore da parte dell’oceano profondo potrebbe accelerarenei prossimi decenni. Per questo la rete Deep Argo non è soltanto un miglioramento tecnico dell’osservazione oceanica, ma uno strumento ormai indispensabile per monitorare in tempo quasi reale l’evoluzione del più grande serbatoio di calore del sistema climatico al di sotto dei 2000 m. In termini scientifici, il messaggio finale è molto chiaro: il riscaldamento degli abissi non è un dettaglio periferico del cambiamento climatico, bensì una delle sue manifestazioni più persistenti, dinamicamente strutturate e rilevanti per l’inerzia futura del sistema Terra.
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2024GL111229
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