Biologer udtænker en ny måde at vurdere kulstof i havet på

En ny USC-undersøgelse sætter havmikrober i et nyt lys med vigtige konsekvenser for global opvarmning.

Studiet, offentliggjort tirsdag i Procedurer fra National Academy of Sciences , giver en universel regnskabsmetode til at måle, hvordan kulstofbaseret stof akkumuleres og kredser i havet. Mens konkurrerende teorier ofte er blevet diskuteret, den nye beregningsramme forener forskellene og forklarer, hvordan havene regulerer organisk kulstof over tid.

Overraskende nok, det meste af handlingen, der involverer kulstof, sker ikke på himlen, men under fødderne og under havets overflade. Jordens planter, oceaner og mudder lagrer fem gange mere kulstof end atmosfæren. Det ophobes i træer og jord, alger og sedimenter, mikroorganismer og havvand.

"Havet er et enormt kulstofreservoir med potentiale til at afbøde eller øge den globale opvarmning, " sagde Naomi Levine, seniorforfatter af undersøgelsen og adjunkt i den biologiske videnskabsafdeling ved USC Dornsife College of Letters, Kunst og Videnskab. "Carbon cykling er afgørende for at forstå det globale klima, fordi det sætter temperaturen, hvilket igen sætter klima- og vejrmønstre. Ved at forudsige, hvordan kulstofkredsløb og -lagring fungerer, vi kan bedre forstå, hvordan klimaet vil ændre sig i fremtiden."

Processer, der styrer, hvordan organisk materiale - henfaldende plante- og dyremateriale i miljøet, som det materiale, gartnere tilføjer til jorden - akkumuleres er afgørende for Jordens kulstofkredsløb. Imidlertid, videnskabsmænd har ikke gode værktøjer til at forudsige, hvornår og hvordan organisk stof hober sig op. Det er et problem, fordi en bedre afstemning af organisk kulstof kan informere computermodeller, der forudsiger global opvarmning og understøtter offentlig politik.

Ny USC-ramme kan måle organisk kulstofstigning i havet

I de seneste år, Forskere har tilbudt tre konkurrerende teorier for at forklare, hvordan organisk stof ophobes, og hver har sine begrænsninger. For eksempel, en idé er, at noget organisk stof er iboende persistent, ligner en appelsinskal. Nogle gange er kulstof for fortyndet, så mikrober ikke kan finde og spise det, som om de prøver at finde en enkelt gul jellybean i en krukke fuld af hvide. Og nogle gange, den rigtige mikrobe er ikke på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt til at opfange organisk stof på grund af miljøforhold.

Mens hver teori forklarer nogle observationer, USC-undersøgelsen viser, hvordan denne nye ramme kan give et meget mere omfattende billede og forklare den økologiske dynamik, der er vigtig for akkumulering af organisk stof i havet. Løsningen har bred anvendelighed.

For eksempel, det kan hjælpe med at fortolke data fra enhver tilstand i havet. Når den er forbundet med en komplet økosystemmodel, rammen står for forskellige typer mikrober, vandtemperatur, næringsstoffer, reproduktionshastigheder, sollys og varme, havdybde og mere. Gennem sin evne til at repræsentere forskellige miljøforhold på verdensplan, modellen kan forudsige, hvordan organisk kulstof vil akkumulere i forskellige komplekse scenarier - et kraftfuldt værktøj på et tidspunkt, hvor havene opvarmes, og Jorden ændrer sig hurtigt.

"At forudsige, hvorfor organisk kulstof ophobes, har været en uløst udfordring, " sagde Emily Zakem, en studie medforfatter og postdoc ved USC Dornsife. "Vi viser, at akkumuleringen af ​​kulstof kan forudsiges ved hjælp af denne beregningsramme."

Vurdering af fortiden – og fremtiden – for Jordens oceaner

Værktøjet kan også potentielt bruges til at modellere tidligere havforhold som en forudsigelse for, hvad der kan være i vente for Jorden, når planeten opvarmes hovedsageligt på grund af menneskeskabte drivhusgasemissioner.

Specifikt, modellen er i stand til at se på, hvordan marine mikrober kan vende verdens kulstofbalance. Værktøjet kan vise, hvordan mikrober behandler organisk stof i vandsøjlen gennem et givet år, såvel som på tusindårige tidsskalaer. Ved at bruge denne funktion, modellen bekræfter – som det tidligere er blevet forudsagt – at mikrober vil forbruge mere organisk stof og frigive det igen som kuldioxid, når havet opvarmes, hvilket i sidste ende vil øge atmosfæriske kulstofkoncentrationer og øge opvarmningen. I øvrigt, undersøgelsen siger, at dette fænomen kan opstå hurtigt, på en ikke-lineær måde, når først en tærskel er nået - en mulig forklaring på nogle af de piskesave-klimaekstremiteter, der fandt sted i Jordens fjerne fortid.

"Dette tyder på, at ændringer i klimaet, såsom opvarmning, kan resultere i store ændringer i organiske kulstoflagre, og at vi nu kan generere hypoteser om, hvornår dette kan forekomme, " sagde Levine.

Endelig, forskningspapiret siger, at det nye værktøj kan modellere, hvordan kulstof bevæger sig gennem jord og sediment i det terrestriske miljø, også, selvom disse ansøgninger ikke var en del af undersøgelsen.