Niedawne badania sugerują, że słabsza cyrkulacja oceaniczna doprowadziłaby do uwolnienia większej ilości węgla z oceanu w głąb atmosfery.

Badanie, które opublikowano w Nature Communications, ujawnia wyrafinowaną pętlę sprzężenia zwrotnego obejmującą drobnoustroje, żelazo i mało znane związki zwane ligandami.

Przeczytaj także:

Ekosystemy mogą ucierpieć po tym, jak oceany osiągną najwyższą temperaturę

Ligandy

Z niedawnego badania przeprowadzonego przez naukowców z MIT wynika, że ​​być może naukowcy będą musieli ponownie rozważyć związek między cyrkulacją oceanu a jego długoterminową zdolnością do magazynowania dwutlenku węgla.

Przyczyną jest niezidentyfikowana pętla sprzężenia zwrotnego obejmująca mikroorganizmy powierzchniowe, węgiel i składniki odżywcze unoszące się w górę, żelazo dostępne w oceanie oraz słabo poznaną rodzinę substancji chemicznych zwanych „ligandami”.

Wszystkie te podmioty uczestniczą w samopodtrzymującym się cyklu, gdy cyrkulacja oceanu zwalnia, co ostatecznie zwiększa ilość węgla uwalnianego przez ocean z powrotem do atmosfery.

Autor badania, Jonathan Lauderdale, który jest także pracownikiem naukowym na Wydziale Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetach MIT, powiedział, że wyodrębniając wpływ tego sprzężenia zwrotnego, dostrzeżemy zasadniczo odmienną zależność między cyrkulacją oceaniczną a poziomem węgla w atmosferze, z konsekwencjami dla klimatu.

Praca Lauderdale’a rozszerza się na badanie przeprowadzone w r. 2020, w ramach którego analizowano powiązania i wpływ na rozwój fitoplanktonu między żelazem, zwierzętami morskimi i składnikami odżywczymi oceanów.

Dzięki fotosyntezie mikroskopijne organizmy przypominające rośliny żyjące na powierzchni oceanu, zwane fitoplanktonem, są niezbędne do usuwania dwutlenku węgla z atmosfery.

Według badania żelazo, minerał niezbędny dla fitoplanktonu, jest przydatne tylko wtedy, gdy jest związane z ligandami, czyli związkami organicznymi powstającymi jako produkty uboczne wzrostu fitoplanktonu.

Delikatna równowaga wynikająca z tej zależności wpływa na zdolność oceanu do sekwestracji węgla.

Naukowcy odkryli, że dostarczanie żelaza do jednego obszaru wody w celu wchłonięcia większej ilości składników odżywczych pozbawia inne obszary składników odżywczych niezbędnych do namnażania się fitoplanktonu.

Ogranicza to ilość dodatkowego węgla, który zostałby wchłonięty z atmosfery poprzez zmniejszenie tworzenia się ligandów i powrót dopływu żelaza do pierwotnego obszaru oceanicznego.

Przeczytaj także:

Zmiany klimatu przyczyną rekordowo wysokiej temperatury wody w oceanach (Badanie)

Nieoczekiwany przełącznik

Lauderdale rozszerzył model pudełkowy, aby reprezentował bardziej zróżnicowane środowiska, takie jak warunki podobne do Pacyfiku, Północnego Atlantyku i Oceanu Południowego, a po opublikowaniu badania zespołu uwzględnił wymianę węgla w oceanach i atmosferze.

Pozwoliło mu to zmodyfikować model pudełka w taki sposób, aby był on dostępny publicznie.

Zbadał także dodatkowe interakcje w modelu podczas tego procesu, takie jak wpływ zmieniającej się cyrkulacji oceanicznej.

Aby znaleźć mniej atmosferycznego dwutlenku węgla przy słabszym wywróceniu się oceanu – związek ten został potwierdzony w innych badaniach przeprowadzonych w latach 80. XX wieku – uruchomił model przy różnej sile cyrkulacji.

Zamiast tego odkrył wyraźny i przeciwstawny wzór: ilość CO2 zgromadzonego w atmosferze wzrosła z powodu osłabienia cyrkulacji oceanu.

Odkrył, że podczas sprawdzania modelu parametr ligandu oceanicznego pozostawiono jako zmienną o wartości „włączony”. Inaczej mówiąc, model obliczał stężenia ligandów, które zmieniały się w różnych regionach oceanu.

Lauderdale zaryzykował i ustawił ten parametr na „wyłączony”, zakładając, że stężenia ligandów będą zawsze takie same we wszystkich modelowanych środowiskach oceanicznych – częsty błąd popełniany w wielu modelach oceanów.

Ta jedna zmiana odwróciła ten trend i przywróciła domniemany związek między zmniejszonym poziomem dwutlenku węgla w atmosferze a słabszą cyrkulacją.

Lauderdale zbadał kilka dostępnych danych na temat ligandów oceanicznych, aby sprawdzić, czy ilości tych cząsteczek są bardziej spójne czy niespójne w prawdziwym oceanie.

Potwierdzenie swojej teorii odkrył w GEOTRACES, międzynarodowym projekcie umożliwiającym naukowcom porównywanie stężeń ponad granicami geograficznymi poprzez koordynację monitorowania pierwiastków śladowych i izotopów w oceanach świata.

Stężenia cząsteczek rzeczywiście się różniły.

W przypadku, gdy stężenia ligandów różnią się w różnych regionach, jego nieoczekiwane nowe odkrycie – że słabsza cyrkulacja zwiększa ilość dwutlenku węgla w atmosferze – prawdopodobnie wskazywało na istnienie oceanu.

„Moja praca pokazuje, że musimy uważniej przyjrzeć się wpływowi biologii oceanów na klimat” – wyjaśnił Lauderdale.