Når havene varmes, mikrober kan pumpe mere CO2 tilbage i luften, undersøgelse advarer

Verdenshavene opsuger omkring en fjerdedel af den kuldioxid, som mennesker hvert år pumper ud i luften - en kraftig bremse på drivhuseffekten. Ud over rent fysiske og kemiske processer, en stor del af dette optages af fotosyntetisk plankton, da de inkorporerer kulstof i deres kroppe. Når plankton dør, de synker, tager kulstoffet med sig. En del af denne organiske regn ender med at være låst inde i det dybe hav, isoleret fra atmosfæren i århundreder eller mere. Men hvad havet tager, havet giver også tilbage. Inden mange af resterne kommer meget langt, de indtages af aerobe bakterier. Og, ligesom os, disse bakterier respirerer ved at optage ilt og udvise kuldioxid. Meget af det regenererede CO2 ender således tilbage i luften.

En ny undersøgelse tyder på, at CO2 -regenerering kan blive hurtigere i mange regioner i verden, når havene varmes med skiftende klima. Det her, på tur, kan reducere de dybe oceaners evne til at holde kulstof låst. Undersøgelsen viser, at i mange tilfælde bakterier indtager mere plankton på lavere dybder end tidligere antaget, og at de betingelser, de gør dette under, vil sprede sig, når vandtemperaturerne stiger. Undersøgelsen blev offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Resultaterne fortæller os, at opvarmning vil forårsage hurtigere genbrug af kulstof på mange områder, og det betyder, at mindre kulstof vil nå det dybe hav og blive lagret der, "sagde studieforfatter Robert Anderson, en oceanograf ved Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory.

Forskere mener, at plankton producerer omkring 40 milliarder til 50 milliarder tons fast organisk kulstof hvert år. De vurderer, at afhængigt af regionen og forholdene, omkring 8 milliarder til 10 milliarder tons formår at synke ud af overfladehavet i større dybder, omkring 100 meter, uden at blive spist af bakterier. Imidlertid, videnskabsfolk har haft en dårlig forståelse af de dybder, hvor CO2 udåndes, og derfor af den hastighed, hvormed den returneres til atmosfæren. Den nye undersøgelse nulstillede dette spørgsmål, med overraskende resultater.

Ved hjælp af data fra et forskningskrydstogt i 2013 fra Peru til Tahiti, forskerne kiggede på to forskellige områder:de næringsrige, yderst produktivt vand ud for Sydamerika, og de stort set ufrugtbare farvande, der cirkler langsomt i det centrale hav under ækvator i et sæt strømme kendt som South Pacific Gyre.

For at måle, hvor dybe organiske partikler synker, mange oceanografiske undersøgelser bruger relativt primitive enheder, der passivt fanger partikler, mens de synker. Imidlertid, disse enheder kan kun indsamle en begrænset mængde data over havets store afstande og dybder. Til det nye studie, forskerne pumpede i stedet store mængder havvand i forskellige dybder og sigtede igennem det. Af disse, de isolerede partikler af organisk kulstof og isotoper af elementet thorium, som sammen satte dem i stand til at beregne mængden af ​​kulstof, der synkede gennem hver dybde, de tog. Denne procedure giver langt flere data end traditionelle metoder gør.

I den frugtbare zone, ilt bliver hurtigt brugt op nær overfladen, som bakterier og andre organismer sluger organisk stof. I en dybde på cirka 150 meter, iltindholdet når næsten nul, standsning af aerob aktivitet. Når organisk materiale når dette lag, kaldet oxygen -minimumszonen (OMZ), kan den synke uberørt til det dybere hav. OMZ danner således en slags beskyttelseskappe over ethvert organisk stof, der synker forbi det. I dybet, iltindholdet stiger igen, og aerobe bakterier kan gå tilbage til arbejdet; imidlertid, al CO2 der produceres så langt vil tage århundreder at komme tilbage i luften via opstrømmende strømme.

Indtil nu, mange forskere har tænkt meget af det organiske stof, der produceres nær overfladen, gør det gennem OMZ, og dermed ville den fleste CO2 -regenerering finde sted i det dybe hav. Imidlertid, forskernes målinger antydede, at faktisk kun omkring 15 procent når det så langt; resten konverteres tilbage til CO2 over OMZ.

"Folk troede ikke, at der skete meget regenerering i den lavere zone, "sagde undersøgelsens hovedforfatter, Frank Pavia, en kandidatstuderende ved Lamont-Doherty. "Det faktum, at det overhovedet sker, viser, at modellen totalt ikke fungerer på den måde, vi troede, den gjorde."

Dette er vigtigt, fordi forskere projekterer, at når havene bliver varme, OMZ'er vil begge spredes vandret over bredere områder, og lodret, mod overfladen. Under det konventionelle paradigme, dette ville gøre det muligt for mere organisk stof at nå det dybe hav for at blive fanget der. Imidlertid, den nye undersøgelse tyder på, at efterhånden som OMZ'er spredte sig, så vil den kraftige CO2 -regenerering over dem. Dette ville modvirke enhver øget indfangning af organisk stof under OMZ. Hvilken effekt - nær overfladeregenerering eller hætten fra OMZ - kan vinde ud, er et spørgsmål til mere forskning, siger Pavia. Men opdagelsen indebærer, at spredningen af ​​OMZ'er måske ikke er så gavnlig som tidligere antaget. (I hvert fald ikke til kulstofopbevaring; OMZ'er er skadelige, ved at de dræber meget havliv i de nu vigtige fiskeriområder.)

Længere ude, i det sydlige Stillehavs Gyre, resultaterne var mindre tvetydige. Der er mindre biologisk aktivitet her end over OMZ'erne på grund af mangel på næringsstoffer, og tidligere forskning med sedimentfælder har antydet, at meget af det organiske stof, der dannes på overfladen, synker ned til de kolde dybder. Noget CO2 -regenerering finder sted der, men det ville tage århundreder for gassen at dukke op igen. Imidlertid, den nye undersøgelse fandt det modsatte:der er langt mere regenerering nær den varmere overflade end tidligere estimeret af nogle undersøgelser.

Dette betyder noget, fordi ligesom OMZ'er, den sydlige Stillehavs -gyre og lignende nuværende systemer i andre dele af havene forventes at vokse, når havene varmes. Gyrerne vil opdele disse regioner i lagdelte lagkager af varmere farvande ovenpå og koldere vand nedenfor. Og fordi, ifølge undersøgelsen, så meget CO2 -regenerering vil finde sted i det varme, lavere vand, mere CO2 ender med at gå tilbage i luften over større områder. Og i modsætning til under OMZ'erne tættere på kysten, "der er ingen modvægtseffekt i gyrerne, "sagde Anderson." Historien med gyrerne er, at over brede områder af havet, kulstoflagring bliver mindre effektiv. "(Der er fire andre store gyres:det nordlige Stillehav, den sydlige og nordlige Atlanterhav, og Det Indiske Ocean.)

Forskerne påpeger, at de processer, de studerede, kun er en del af havets kulstofcyklus. Fysiske og kemiske reaktioner uafhængigt af biologi er ansvarlige for meget af udvekslingen af ​​kulstof mellem atmosfæren og havene, og disse processer kunne interagere med biologien på komplekse og uforudsigelige måder. "Denne [undersøgelse] giver os oplysninger, som vi ikke havde før, at vi kan tilslutte fremtidige modeller for at lave bedre skøn, "sagde Pavia.