Ombord på det tyska forskningsfartyget Sonne i södra Stilla havet, studieförfattare Frank Pavia (vänster, förgrunden) förbereder pumpapparater som används för att prova havsvatten för organiskt material. Upphovsman:Frank Pavia
Världens hav suger upp ungefär en fjärdedel av koldioxiden som människor pumpar upp i luften varje år - en kraftfull broms på växthuseffekten. Förutom rent fysiska och kemiska processer, en stor del av detta tas upp av fotosyntetiskt plankton när de införlivar kol i sina kroppar. När plankton dör de sjunker, ta med sig kolet. Någon del av detta organiska regn kommer att hamna i djuphavet, isolerade från atmosfären i århundraden eller mer. Men vad havet tar, havet ger också tillbaka. Innan många av resterna kommer väldigt långt, de konsumeras av aeroba bakterier. Och, precis som oss, dessa bakterier andas genom att ta upp syre och avlägsna koldioxid. Mycket av det regenererade CO2 hamnar alltså tillbaka i luften.
En ny studie tyder på att CO2 -regenerering kan bli snabbare i många regioner i världen när haven värms med förändrat klimat. Detta, i tur och ordning, kan minska djuphavens förmåga att hålla kol låst. Studien visar att i många fall bakterier konsumerar mer plankton på grundare djup än man tidigare trott, och att förhållandena under vilka de gör detta kommer att spridas när vattentemperaturen stiger. Studien publicerades i veckan i tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences .
"Resultaten säger att uppvärmning kommer att orsaka snabbare återvinning av kol på många områden, och det betyder att mindre kol når djuphavet och lagras där, "säger studiemedförfattaren Robert Anderson, en oceanograf vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory.
Forskare tror att plankton producerar cirka 40 miljarder till 50 miljarder ton fast organiskt kol varje år. De uppskattar att beroende på region och förhållanden, cirka 8 miljarder till 10 miljarder ton lyckas sjunka ut ur ythavet till större djup, omkring 100 meter, utan att bli uppätna av bakterier. Dock, forskare har haft en dålig förståelse för på vilka djup CO2 -andningen andas, och följaktligen, av den hastighet med vilken den återförs till atmosfären. Den nya studien nollställde denna fråga, med överraskande resultat.
Med hjälp av data från en forskningskryssning 2013 från Peru till Tahiti, forskarna tittade på två olika regioner:de näringsrika, mycket produktivt vatten utanför Sydamerika, och de i stort sett ofruktbara vattnen som cirklar långsamt i det centrala havet nedanför ekvatorn i en uppsättning strömmar som kallas South Pacific Gyre.
För att mäta hur djupa organiska partiklar sjunker, många oceanografiska studier använder relativt primitiva enheter som passivt fångar upp partiklar när de sjunker. Dock, dessa enheter kan bara samla in en begränsad mängd data över havets stora avstånd och djup. För den nya studien, forskarna pumpade istället stora mängder havsvatten på olika djup och siktade igenom det. Från dessa, de isolerade partiklar av organiskt kol och isotoper av elementet thorium, som tillsammans gjorde det möjligt för dem att beräkna mängden kol som sjönk genom varje djup som de provade. Detta förfarande ger mycket mer data än traditionella metoder gör.
Forskare förbereder sig för att sänka pumparna överbord för att prova havsvatten. Upphovsman:Frank Pavia
I den bördiga zonen, syre tar slut snabbt upp nära ytan, eftersom bakterier och andra organismer suger upp organiskt material. På cirka 150 meters djup, syrehalten når nära noll, stoppa aerob aktivitet. När organiskt material når detta skikt, kallad syre minimiområde (OMZ) kan den sjunka orörd till det djupare havet. OMZ bildar alltså ett slags skyddskåpa över allt organiskt material som sjunker förbi det. I djupet, syrehalterna stiger igen och aeroba bakterier kan återgå till arbetet; dock, all koldioxid som produceras så långt kommer att ta århundraden att komma tillbaka i luften via uppvärmningsströmmar.
Tills nu, många forskare har trott att mycket av det organiska material som produceras nära ytan gör det genom OMZ, och därmed skulle den mesta koldioxidregenerering ske i djuphavet. Dock, forskarnas mätningar föreslog att faktiskt bara cirka 15 procent gör det så här långt; resten omvandlas till CO2 över OMZ.
"Folk trodde inte att mycket förnyelse ägde rum i den grundare zonen, "sa studiens huvudförfattare, Frank Pavia, en doktorand på Lamont-Doherty. "Det faktum att det händer alls visar att modellen totalt inte fungerar på det sätt som vi trodde att det gjorde."
Detta är viktigt eftersom forskare projicerar att när haven värms, OMZ kommer att spridas horisontellt över större områden, och vertikalt, mot ytan. Under det konventionella paradigmet, detta skulle göra det möjligt för mer organiskt material att nå djuphavet för att fastna där. Dock, den nya studien tyder på att när OMZ sprids, så kommer den kraftiga CO2 -regenereringen ovanför dem. Detta skulle motverka ökad fångst av organiskt material under OMZ. Vilken effekt - nära ytregenerering eller locket från OMZ - kan vinna är en fråga för mer forskning, säger Pavia. Men upptäckten innebär att spridningen av OMZ kanske inte är så fördelaktig som man tidigare trott. (Åtminstone inte för kollagring; OMZ är skadliga, genom att de dödar mycket marint liv i vad som nu är viktiga fiskeområden.)
Längre ut, i södra Stilla havet, resultaten var mindre tvetydiga. Det finns mindre biologisk aktivitet här än över OMZ på grund av brist på näringsämnen, och tidigare forskning med sedimentfällor har föreslagit att mycket av allt organiskt material som bildas på ytan sjunker till de kalla djupen. En del CO2 -regenerering sker där, men det skulle ta århundraden för gasen att återuppstå. Dock, den nya studien fann motsatsen:det finns mycket mer förnyelse nära den varmare ytan än tidigare uppskattat av vissa studier.
Det här spelar roll för, som OMZ, South Pacific Gyre och liknande nuvarande system i andra delar av haven beräknas växa när haven värms. Gyrerna kommer att dela upp dessa regioner i skiktade lagerkakor av varmare vatten ovanpå och kallare vatten nedanför. Och eftersom, enligt studien, så mycket CO2 -regenerering kommer att ske i det varma, grundare vatten, mer koldioxid kommer att hamna tillbaka i luften över större områden. Och till skillnad från nedan de närmaste stranden OMZ, "det finns ingen motviktseffekt i gyrerna, "sa Anderson." Historien med gyrerna är att över stora delar av havet, kollagring kommer att bli mindre effektiv. "(Det finns fyra andra stora gyres:norra Stilla havet, södra och norra Atlanten, och Indiska oceanen.)
Forskarna påpekar att processerna de studerade bara är en del av havets kolcykel. Fysiska och kemiska reaktioner oberoende av biologi är ansvariga för mycket av utbytet av kol mellan atmosfär och hav, och dessa processer kan interagera med biologin på komplexa och oförutsägbara sätt. "Denna [studien] ger oss information som vi inte hade tidigare, att vi kan ansluta till framtida modeller för att göra bättre uppskattningar, sa Pavia.
