Såning af oceaner med jern påvirker muligvis ikke klimaændringerne

Historisk set, havene har gjort meget af planetens tunge løft, når det kommer til at binde kuldioxid fra atmosfæren. Mikroskopiske organismer kendt under ét som fytoplankton, som vokser gennem de solbeskinnede overfladehave og absorberer kuldioxid gennem fotosyntese, er en nøglespiller.

For at hjælpe med at dæmme op for eskalerende kuldioxidemissioner produceret ved afbrænding af fossile brændstoffer, nogle videnskabsmænd har foreslået at så havene med jern - en vigtig ingrediens, der kan stimulere planteplanktonvækst. En sådan "jernbefrugtning" ville dyrke store nye fytoplanktonmarker, især i områder, der normalt er uden havliv.

En ny MIT-undersøgelse tyder på, at jernbefrugtning muligvis ikke har en signifikant indflydelse på fytoplanktonvækst, i hvert fald på globalt plan.

Forskerne undersøgte vekselvirkningerne mellem planteplankton, jern, og andre næringsstoffer i havet, der hjælper planteplankton med at vokse. Deres simuleringer tyder på, at på globalt plan, livet i havet har tunet havets kemi gennem disse interaktioner, udvikler sig til at opretholde et niveau af havjern, der understøtter en delikat balance af næringsstoffer i forskellige regioner i verden.

"I henhold til vores rammer, jernbefrugtning kan ikke have en væsentlig samlet effekt på mængden af ​​kulstof i havet, fordi den samlede mængde jern, som mikrober har brug for, allerede er den rigtige, '' siger hovedforfatter Jonathan Lauderdale, en forsker i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber.

Avisens medforfattere er Rogier Braakman, Gael Glem, Stephanie Dutkiewicz, og Mick følger på MIT.

Ligand suppe

Det jern, som planteplankton er afhængig af for at vokse, kommer hovedsageligt fra støv, der fejer ind over kontinenterne og til sidst sætter sig i havets farvande. Mens enorme mængder jern kan aflejres på denne måde, størstedelen af ​​dette jern synker hurtigt, ubrugt, til havbunden.

"Det grundlæggende problem er, marine mikrober kræver jern for at vokse, men jern hænger ikke. Dens koncentration i havet er så lille, at den er en skattet ressource, " siger Lauderdale.

Derfor, forskere har fremsat jernbefrugtning som en måde at introducere mere jern i systemet. Men tilgængeligheden af ​​jern til fytoplankton er meget højere, hvis det er bundet til visse organiske forbindelser, der holder jern i overfladehavet og selv produceres af fytoplankton. Disse forbindelser, kendt som ligander, udgør, hvad Lauderdale beskriver som en "suppe af ingredienser", der typisk kommer fra organiske affaldsprodukter, døde celler, eller sideroforer - molekyler, som mikroberne har udviklet til at binde specifikt til jern.

Ikke meget er kendt om disse jernfangende ligander i økosystemskalaen, og holdet spekulerede på, hvilken rolle molekylerne spiller i reguleringen af ​​havets kapacitet til at fremme væksten af ​​fytoplankton og i sidste ende absorbere kuldioxid.

"Folk har forstået, hvordan ligander binder jern, men ikke hvad er de nye egenskaber ved et sådant system på global skala, og hvad det betyder for biosfæren som helhed, " siger Braakman. "Det er det, vi har prøvet at modellere her."

Iron sweet spot

Forskerne satte sig for at karakterisere interaktionerne mellem jern, ligander, og makronæringsstoffer som nitrogen og fosfat, og hvordan disse interaktioner påvirker den globale befolkning af fytoplankton og, samtidig, havets kapacitet til at lagre kuldioxid.

Holdet udviklede en simpel model med tre kasser, hvor hver kasse repræsenterer et generelt havmiljø med en særlig balance mellem jern og makronæringsstoffer. Den første boks repræsenterer fjerntliggende farvande som det sydlige Ocean, som typisk har en anstændig koncentration af makronæringsstoffer, der strømmer op fra det dybe hav. De har også et lavt jernindhold på grund af deres store afstand fra enhver kontinental støvkilde.

Den anden boks repræsenterer Nordatlanten og andre farvande, der har en modsat balance:højt indhold af jern på grund af nærhed til støvede kontinenter, og lavt indhold af makronæringsstoffer. Den tredje boks er en stand-in til det dybe hav, som er en rig kilde til makronæringsstoffer, såsom fosfater og nitrater.

Forskerne simulerede et generelt cirkulationsmønster mellem de tre kasser for at repræsentere de globale strømme, der forbinder alle verdenshavene:Cirkulationen starter i Nordatlanten og dykker ned i det dybe hav, stiger derefter op i det sydlige ocean og vender tilbage til Nordatlanten.

Holdet fastsatte relative koncentrationer af jern og makronæringsstoffer i hver kasse, Derefter kørte modellen for at se, hvordan planteplanktonvækst udviklede sig i hver kasse over 10, 000 år. De løb 10, 000 simuleringer, hver med forskellige ligandegenskaber.

Ud af deres simuleringer, forskerne identificerede en afgørende positiv feedback-loop mellem ligander og jern. Oceaner med højere koncentrationer af ligander havde også højere koncentrationer af jern til rådighed for fytoplankton til at vokse og producere flere ligander. Når mikrober har mere end nok jern at nyde, de indtager så meget af de andre næringsstoffer, de har brug for, såsom nitrogen og fosfat, indtil disse næringsstoffer er blevet fuldstændig opbrugt.

Det modsatte er tilfældet for oceaner med lave ligandkoncentrationer:Disse har mindre jern til rådighed for fytoplanktonvækst, og har derfor meget lidt biologisk aktivitet generelt, fører til mindre forbrug af makronæringsstoffer.

Forskerne observerede også i deres simuleringer et snævert område af ligandkoncentrationer, der resulterede i en sød plet, hvor der var den helt rigtige mængde ligand til at gøre lige nok jern tilgængeligt til fytoplanktonvækst, samtidig med at den efterlader den helt rigtige mængde makronæringsstoffer tilovers for at opretholde en helt ny vækstcyklus på tværs af alle tre havkasser.

Da de sammenlignede deres simuleringer med målinger af næringsstoffer, jern, og ligandkoncentrationer taget i den virkelige verden, de fandt, at deres simulerede sweet spot-område viste sig at være det tætteste match. Det er, verdenshavene ser ud til at have den helt rigtige mængde ligander, og derfor jern, tilgængelig for at maksimere væksten af ​​fytoplankton og optimalt forbruge makronæringsstoffer, i en selvforstærkende og selvbærende balance af ressourcer.

Hvis videnskabsmænd i vid udstrækning gøde det sydlige ocean eller andre jernfattige farvande med jern, indsatsen vil midlertidigt stimulere planteplankton til at vokse og optage alle de makronæringsstoffer, der er tilgængelige i denne region. Men til sidst ville der ikke være nogen makronæringsstoffer tilbage til at cirkulere til andre regioner som Nordatlanten, som afhænger af disse makronæringsstoffer, sammen med jern fra støvaflejringer, for planteplanktonvækst. Nettoresultatet ville være et eventuelt fald i fytoplankton i Nordatlanten og ingen signifikant stigning i kuldioxidnedbrydningen globalt.

Lauderdale påpeger, at der også kan være andre utilsigtede virkninger ved at befrugte det sydlige ocean med jern.

"Vi er nødt til at betragte hele havet som dette indbyrdes forbundne system, " siger Lauderdale, der tilføjer, at hvis planteplankton i Nordatlanten skulle styrtdykke, det samme ville alt det marine liv op ad fødekæden, der afhænger af de mikroskopiske organismer.

"Noget i retning af 75 procent af produktionen nord for det sydlige ocean er drevet af næringsstoffer fra det sydlige ocean, og de nordlige oceaner er, hvor de fleste fiskerier er, og hvor der opstår mange økosystemfordele for mennesker, " siger Lauderdale. "Før vi dumper masser af jern og trækker næringsstoffer ned i det sydlige ocean, vi bør overveje utilsigtede konsekvenser nedstrøms, som potentielt gør miljøsituationen meget værre."