Waterside convection and microbial consumption control the fate of Nord Stream pipeline methane in the Baltic Sea until early winter

L'oceano non è una vasca da bagno statica; è un sistema vivo e pulsante dove strati d'acqua di diverse temperature e salinità si sovrappongono, spesso rifiutandosi di mescolarsi. Nel Mar Baltico, questo stratificazione è particolarmente forte, creando zone distinte che possono intrappolare gas e sostanze chimiche per lunghi periodi. Quando un gas filtra in questo ambiente, il suo viaggio dipende interamente da come questi strati si spostano. In estate, l'acqua calda siede sopra l'acqua fredda, agendo come un coperchio che mantiene le cose separate. Ma con l'avvicinarsi dell'inverno e il raffreddamento della superficie dovuto all'aria, quel coperchio si rompe. L'acqua superficiale affonda, rimescolando gli strati superiori e potenzialmente trascinando verso il basso le sostanze intrappolate. Comprendere questa danza fisica è cruciale perché il metano, un potente gas serra rilasciato dalla crosta terrestre o dall'attività umana, si comporta diversamente a seconda che rimanga vicino alla superficie, venga miscelato nel mezzo o affondi verso il fondo. Se rimane vicino alla superficie, può sfuggire nell'aria. Se affonda, potrebbe essere mangiato da minuscoli microbi che vivono nelle profondità oscure e fredde. La questione di cosa accada a un rilascio massiccio e improvviso di metano non riguarda solo il gas in sé, ma riguarda come i ritmi stagionali dell'oceano decidano il suo destino.

Nel tardo settembre 2022, un evento catastrofico ha interrotto questo ordine naturale nel Mar Baltico. Le esplosioni hanno squarciato i gasdotti Nord Stream, rilasciando una stima di 496.000 tonnellate di metano fossile nell'ambiente. Mentre gli scienziati avevano rapidamente determinato che la stragrande maggioranza di questo gas era risalita in bolle ed era esplosa direttamente nell'atmosfera, una parte significativa — circa 9.000 o 15.000 tonnellate — si era dissolta nell'acqua marina, intrappolata in pennacchi attorno ai siti dell'esplosione. Il mistero critico rimasto era cosa sarebbe accaduto a questo metano disciolto al cambiare delle stagioni, dall'autunno all'inverno. Era semplicemente volato via, o la struttura mutevole dell'oceano lo aveva spostato altrove? Per risolvere questo, i ricercatori Amanda Sellmaier e i suoi colleghi dell'Istituto Alfred Wegener e dell'Università di Göteborg sono tornati sul sito due volte: una nell'ottobre 2022, poche settimane dopo le perdite, e un'altra nel gennaio 2023, dopo l'inizio del raffreddamento invernale. Non si sono limitati a misurare quanto metano fosse presente; hanno utilizzato un'impronta chimica unica per tracciarlo. Il metano proveniente dai gasdotti aveva una firma isotopica distinta, il che significa che i suoi atomi di carbonio erano leggermente diversi dal metano naturale solitamente presente nel Mar Baltico. Questa differenza ha permesso agli scienziati di distinguere il gas "fossile" dal rumore di fondo, tracciando efficacemente il suo percorso attraverso la colonna d'acqua al mutare delle stagioni.

I ricercatori hanno scoperto che il destino del metano dipendeva interamente dalla profondità dell'acqua e dal cambiamento della stabilità degli strati oceanici. Nelle aree poco profonde, dove la colonna d'acqua è sottile, la storia è stata quella di una rapida fuga. Entro gennaio, più del 90 percento del metano fossile che era stato rilevato nelle acque basse nell'ottobre era già fuggito nuovamente nell'atmosfera. Il continuo rimescolamento dell'acqua superficiale, guidato dal vento e dalle onde, ha mantenuto il gas in movimento verso l'alto finché non è scomparso. Tuttavia, la storia era molto diversa nelle parti più profonde del mare. Qui, l'acqua era ancora stratificata, il che significa che gli strati non si erano ancora completamente mescolati. Mentre l'aria autunnale raffreddava la superficie, lo strato superiore dell'acqua ha iniziato ad affondare, trascinando con sé parte del metano fossile intrappolato. Questo processo, noto come convezione, ha miscelato il gas superficiale in un nuovo strato di acqua invernale, diffondendolo ma mantenendolo contenuto all'interno dell'oceano superiore.

Sotto questa zona di miscelazione, l'oceano ha agito come un serbatoio di stoccaggio temporaneo. C'era uno strato d'acqua chiamato acqua intermedia, situato tra la superficie e il fondo profondo. Nell'ottobre, questo strato conteneva solo piccole macchie isolate del gas disperso. Entro gennaio, tuttavia, la situazione era cambiata. Il gas che era stato intrappolato negli strati superiori era stato spinto verso il basso, e lo strato intermedio era diventato più carico di metano rispetto all'acqua sovrastante. Eppure, la quantità totale di gas in questo strato era diminuita di oltre il 95 percento in tre mesi. Gli scienziati hanno determinato che questa perdita non era dovuta alla fuga del gas verso l'alto o alla sua discesa verso il basso, poiché gli strati sopra e sotto agivano come barriere. Inveve, il gas si era semplicemente spostato lateralmente, trasportato dalle correnti oceaniche lontano dai siti dell'esplosione e nel resto del Mar Baltico. Questo strato fungeva da cuscinetto, trattenendo il gas e trasportandolo lateralmente senza miscelarlo verticalmente.

La trasformazione più drammatica è avvenuta nelle acque più profonde, al di sotto dell'aloclina, dove il contenuto di sale crea una barriera permanente al rimescolamento. Nell'ottobre, i ricercatori non potevano campionare le aree più profonde vicino ai siti della perdita a causa di restrizioni di sicurezza, ma entro gennaio, sono stati in grado di raggiungere queste profondità. Ciò che hanno trovato è stato un miracolo chimico di consumo. La concentrazione di metano in queste acque profonde era sorprendentemente bassa, eppure il metano rimanente era incredibilmente arricchito con una forma pesante di carbonio. Questo estremo spostamento della firma chimica era la prova schiacciante di un'intensa attività microbica. Batteri minuscoli nelle acque profonde e povere di ossigeno si erano nutriti del metano fossile, mangiando preferenzialmente gli atomi di carbonio più leggeri e lasciando dietro di sé un pool di gas pesantemente carico del tipo più pesante. I dati suggeriscono che una frazione sostanziale del metano che era riuscito a scendere sotto la barriera salina era stata quasi interamente consumata da questi microbi durante i mesi invernali.

Questo studio fornisce un quadro chiaro di come un rilascio massiccio e improvviso di gas fossile venga elaborato da un ambiente marino complesso. Dimostra che l'oceano non tratta tutte le acque allo stesso modo: le aree poco profonde agiscono come sfiatatoi, rilasciando il gas nell'aria, mentre le acque più profonde e stratificate agiscono come serbatoi temporanei o corridoi di trasporto. Soprattutto, rivela che negli angoli più profondi e isolati del mare, la natura possiede un potente meccanismo per pulire il disordine: l'ossidazione microbica. I ricercatori hanno osservato che i batteri nelle profondità del Mar Baltico sono capaci di consumare rapidamente il metano intrappolato, alterando il suo' identità chimica nel processo. Mentre il destino del gas che è migrato lateralmente nel mare aperto rimane oggetto di studi futuri, la storia locale è una di miscelazione fisica e consumo biologico. La distinta impronta isotopica della perdita di Nord Stream continuerà a servire come tracciatore, permettendo agli scienziati di seguire il metano fossile rimanente mentre compie il suo viaggio attraverso il Mar Baltico, offrendo una rara lezione in tempo reale su come l'oceano gestisce uno shock improvviso al proprio sistema.