Wykorzystując zwyczaje żywieniowe zooplanktonu, badacze chcą zwiększyć oceaniczną sekwestrację węgla poprzez wprowadzenie do diety cząstek gliny, co znacznie przyspiesza biologiczną pompę węglową.
Badanie prowadzone pod kierunkiem Dartmouth wprowadza nową metodę rekrutacji bilionów mikroskopijnych stworzeń morskich, znanych jako zooplankton, do walki ze zmianami klimatycznymi. Podejście to polega na przekształceniu węgla w żywność, którą te zwierzęta mogą zjeść, strawić, a następnie wypuścić w postaci wypełnionych węglem odchodów głęboko w oceanie.
Metoda ta wykorzystuje nienasycony apetyt zooplanktonu do przyspieszenia naturalnego procesu usuwania węgla z atmosfery przez ocean, zwanego pompą biologiczną. Odkrycie to zostało szczegółowo opisane w artykule opublikowanym w Natura[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>Scientific Reports.
Enhancing the Biological Pump
It begins with spraying clay dust on the ocean’s surface at the end of algae blooms. These blooms can grow to cover hundreds of square miles and remove about 150 billion tons of carbon dioxide from the atmosphere each year, converting it into organic carbon particulates. But once the bloom dies, marine bacteria devour the particulates, releasing most of the captured carbon back into the atmosphere.
The researchers found that the clay dust attaches to carbon particulates before re-entering the atmosphere, redirecting them into the marine food chain as tiny sticky pellets the ravenous zooplankton consume and later excrete at lower depths.
“Normally, only a small fraction of the carbon captured at the surface makes it into the deep ocean for long-term storage,” says Mukul Sharma, the study’s corresponding author and a professor of earth sciences. Sharma also presented the findings on Dec. 10 at the American Geophysical Union annual conference in Washington, D.C.
“The novelty of our method is using clay to make the biological pump more efficient—the zooplankton generate clay-laden poops that sink faster,” says Sharma, who received a Guggenheim Award in 2020 to pursue the project.
“This particulate material is what these little guys are designed to eat. Our experiments showed they cannot tell if it’s clay and phytoplankton or only phytoplankton—they just eat it,” he says. “And when they poop it out, they are hundreds of meters below the surface and the carbon is, too.”
W eksperymentach laboratoryjnych naukowcy odkryli, że pył gliniasty wychwytuje aż 50% cząstek węgla organicznego, zanim zdążyły utlenić się do dwutlenku węgla. Ten film pokazuje, że lepkie, ciężkie kłaczki gliny i węgla (na górze po prawej) szybko toną, zbierając więcej węgla organicznego, gdy spadają przez słup wody. Źródło: Mukul Sharma/Dartmouth
Wyniki eksperymentów i wpływ na morze
Zespół przeprowadził eksperymenty laboratoryjne na wodzie zebranej z Zatoki Maine podczas zakwitu glonów w 2023 r. Odkryli, że gdy glina łączy się z węglem organicznym uwalnianym podczas obumierania zakwitów, bakterie morskie wytwarzają rodzaj kleju, który powoduje, że glina i węgiel organiczny tworzą małe kuleczki zwane kłaczkami.
Jak podają naukowcy, kłaczki stają się częścią codziennego stołu cząstek stałych, którymi pożera się zooplankton. Po strawieniu kłaczki zawarte w odchodach zwierząt opadają, potencjalnie zakopując węgiel na głębokościach, na których może on być przechowywany przez tysiąclecia. Badania wykazały, że niezjedzone kulki gliny i węgla również toną, zwiększając swój rozmiar w miarę przylegania do nich większej ilości węgla organicznego oraz martwego i umierającego fitoplanktonu.
W eksperymentach zespołu pył gliniasty wychwytywał aż 50% węgla uwalnianego przez martwy fitoplankton, zanim zdążył unieść się w powietrze. Odkryli również, że dodanie gliny zwiększyło 10-krotnie stężenie lepkich cząstek organicznych, które w miarę opadania gromadziły więcej węgla. Jednocześnie naukowcy podają, że populacje bakterii powodujących uwalnianie węgla z powrotem do atmosfery w wodzie morskiej poddanej działaniu gliny gwałtownie spadły.
W oceanie kłaczki stają się istotną częścią pompy biologicznej zwanej śniegiem morskim, mówi Sharma. Śnieg morski to ciągły deszcz zwłok, minerałów i innej materii organicznej spadający z powierzchni, przenoszący żywność i składniki odżywcze do głębszych oceanów.
„Tworzymy śnieg morski, który może pochłaniać węgiel ze znacznie większą prędkością, łącząc się konkretnie z mieszaniną minerałów ilastych” – mówi Sharma.
Perspektywy i wyzwania dla zastosowań terenowych
Zooplankton przyspiesza ten proces dzięki swoim żarłocznym apetytom i niesamowitemu codziennemu bytowi, zwanemu migracją pionową diel. Pod osłoną ciemności zwierzęta – każde mierzące około trzech setnych cala – wznoszą się z głębin na setki, a nawet tysiące stóp jednym ogromnym ruchem, aby pożywić się bogatą w składniki odżywcze wodą znajdującą się blisko powierzchni. Skala jest porównywalna do sytuacji, w której całe miasto przemierza każdego wieczoru setki mil do swojej ulubionej restauracji.
Kiedy nastaje dzień, zwierzęta wracają do głębszej wody z kłaczkami w środku, gdzie odkładają się w postaci odchodów. Ten przyspieszony proces, znany jako transport aktywny, to kolejny kluczowy aspekt pompy biologicznej oceanu, który skraca czas potrzebny do dotarcia węgla na mniejsze głębokości w wyniku zatonięcia.
Na początku tego roku współautor badania Manasi Desai przedstawił projekt przeprowadzony wraz z Sharmą i współautorem Davidem Fieldsem, starszym pracownikiem naukowym i ekologiem zooplanktonu w Bigelow Laboratory for Ocean Sciences w Maine, wykazując, że zooplankton zjada i wydala kłaczki gliny rzeczywiście toną szybciej. Desai, były technik w laboratorium Sharmy, jest teraz technikiem w laboratorium Fieldsa.
Sharma planuje przetestować tę metodę w terenie, rozpylając glinę na zakwity fitoplanktonu u wybrzeży południowej Kalifornii za pomocą samolotu do opylania upraw. Ma nadzieję, że czujniki umieszczone na różnych głębokościach od brzegu wykryją różnicę gatunek zooplanktonu pochłania kłaczki gliny i węgla, dzięki czemu zespół badawczy może lepiej ocenić optymalny czas i lokalizację wdrożenia tej metody oraz dokładnie określić, ile węgla gromadzi się w głębinach.
„Bardzo ważne jest znalezienie odpowiedniego środowiska oceanograficznego do wykonania tej pracy. Nie można bezmyślnie rozrzucać wszędzie glinę” – mówi Sharma. „Musimy najpierw poznać efektywność na różnych głębokościach, abyśmy mogli poznać najlepsze miejsca do zainicjowania tego procesu, zanim zaczniemy go wdrażać. Jeszcze tam nie jesteśmy – jesteśmy na początku”.
Odniesienie: „Flokulacja organoglinki jako droga do eksportu węgla z powierzchni morza” autorstwa Diksha Sharma, Vignesh Gokuladas Menon, Manasi Desai, Danielle Niu, Eleanor Bates, Annie Kandel, Erik R. Zinser, David M. Fields, George A. O „Toole i Mukul Sharma, 10 grudnia 2024 r., Raporty naukowe.
DOI: 10.1038/s41598-024-79912-z
