Hvorfor ledte vi efter kemikalier i havbunden for at hjælpe med at forudsige klimaændringer?

Skjult i selv de klareste farvande i havet er ledetråde til, hvad der sker med havene og klimaet på global skala. Spormængder af forskellige kemiske elementer findes overalt i havene og kan afsløre, hvad der foregår med de biologiske reaktioner og fysiske processer, der finder sted i dem.

Forskere har arbejdet i årevis på at forstå præcis, hvad disse sporstoffer kan fortælle os om havet. Dette inkluderer, hvordan mikroskopiske alger fanger kulstof fra atmosfæren via fotosyntese på en måde, der producerer mad til meget havliv, og hvordan denne kulstofbinding og biologiske produktion ændrer sig som reaktion på klimaændringer.

Men nu har forskere foreslået, at de muligvis også kan lære, hvordan disse systemer blev påvirket af klimaændringer for længe siden ved at grave dybt ned i havbunden for at finde sedimentære registreringer af tidligere sporstoffer. Og at forstå fortiden kan være nøglen til at finde ud af, hvad der vil ske i fremtiden.

Sporelementer kan lære os utroligt meget om havene. For eksempel, oceanzinkkoncentrationer ligner påfaldende de fysiske egenskaber ved dybt vand, der bevæger enorme mængder varme og næringsstoffer rundt om planeten via "havtransportbåndet". Denne bemærkelsesværdige forbindelse mellem zink og havcirkulation begynder først at blive forstået gennem observationer i høj opløsning og modelleringsstudier.

Nogle sporstoffer, såsom jern, er afgørende for livet, og andre, såsom barium og neodym, afsløre vigtige oplysninger om algernes biologiske produktivitet. Forskellige isotoper af disse grundstoffer (varianter med forskellige atommasser) kan kaste lys over de typer og hastigheder af kemiske og biologiske reaktioner, der foregår.

Mange af disse elementer findes kun i forsvindende små mængder. Men i løbet af de sidste par år, et ambitiøst internationalt projekt kaldet GEOTRACES har brugt avancerede teknologiske og analytiske metoder til at prøve og analysere sporstoffer og forstå kemien i det moderne hav i enestående detaljer. Dette giver os det mest komplette billede til dato af, hvordan næringsstoffer og kulstof bevæger sig rundt i havene, og hvordan de påvirker biologisk produktion.

Kulstoffabrikker

Biologisk produktion er en sammenfiltret bane af forskellige processer og cyklusser. Primærproduktion er mængden af ​​kulstof, der omdannes til organisk stof af alger. Netto eksportproduktion refererer til den lille brøkdel af dette kulstof, der er bundet i organisk materiale, som ikke ender med at blive brugt af mikroberne som mad og synker ned i dybet. En endnu mindre del af dette kulstof vil i sidste ende blive lagret i sediment på havbunden.

Samt kulstof, disse alger fanger og gemmer en række sporstoffer i deres organiske stof. Så ved at bruge alle de kemiske oplysninger, vi har til rådighed, vi kan få et fuldstændigt overblik over, hvordan algerne vokser, synke og blive begravet i havene. Og ved at se på, hvordan forskellige metaller og isotoper er integreret i gamle lag af sedimentær sten, vi kan rekonstruere disse ændringer gennem tiden.

Det betyder, at vi kan bruge disse sedimentære arkiver som proxy -registreringer af næringsstofforbrug og nettoprimærproduktion, eller eksportproduktion, eller synkende satser. Dette skulle gøre os i stand til at begynde at besvare nogle af mysterierne om, hvordan oceaner påvirkes af klimaændringer, ikke kun i forholdsvis ny jordhistorie, men også i dyb tid.

For eksempel, samt oplyse os om aktive processer i det moderne hav, forskere har analyseret, hvad zinkisotoper er i havbundsfossiler fra titusinder af år siden, og endda i gamle klipper fra for over en halv milliard år siden. Håbet er, at de kan bruge disse oplysninger til at rekonstruere et billede af, hvordan marine næringsstoffer har ændringer gennem den geologiske historie.

Men dette arbejde kommer med en advarsel. Vi er nødt til at bringe vores viden om moderne biogeokemi sammen med vores forståelse af, hvordan sten dannes og geokemiske signaler bevares. Dette vil gøre det muligt for os at være sikre på, at vi kan foretage robuste fortolkninger af proxyhistorierne over de forhistoriske havbund.

Hvordan gør vi det? I december 2018, forskere fra GEOTRACES mødtes med medlemmer af et andet forskningsprojekt, SIDER, der er eksperter i at rekonstruere, hvordan Jorden har reageret på tidligere klimaændringer. En tilgang, vi udviklede, er i det væsentlige at arbejde baglæns.

Først skal vi spørge:hvilke arkiver (skaller, sedimentkorn, organisk stof) bevares i marine sedimenter? Derefter, hvilken af ​​de nyttige metal- og isotopsignaturer fra havvand bliver låst inde i disse arkiver? Kan vi kontrollere-ved hjælp af materiale fra overfladen af ​​dybhavssedimenter-om disse arkiver giver nyttige og nøjagtige oplysninger om oceaniske forhold?

Spørgsmålet kan også vendes, giver os mulighed for at spørge, om der er nye isotopsystemer, der endnu ikke skal undersøges. Vi vil vide, om GEOTRACES afdækkede interessante mønstre i havkemi, der kunne være starten på nye fuldmagter. Hvis så, vi kan muligvis bruge disse havarkiver til at belyse, hvordan optagelsen af ​​kulstof i havets organiske stof reagerer på, og fungerer som en tilbagemelding om, klima i fremtiden.

For eksempel, vil en varmere verden med mere kuldioxid øge algernes vækst, som så kunne absorbere mere af dette overskydende CO₂ og hjælpe med at fungere som et brud på menneskeskabte kulstofemissioner? Eller vil algernes produktivitet falde, fange mindre organisk stof og anspore til yderligere atmosfærisk opvarmning ind i fremtiden? Hemmelighederne kunne alle ligge i havbunden.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.