Hav spelar en nyckelroll i den globala koldioxidbalansen. Detta beror på att miljarder små alger lever där, absorberar koldioxid genom fotosyntes och införlivar det i sin biomassa. När dessa alger dör, de sipprar ner - tillsammans med utsöndringen av mikroskopiska varelser som livnär sig på dem - som "marinsnö" i djupare zoner. Ungefär en procent av deras koldioxid ligger sedan begravd i havsbotten i tusentals år.

En tyst sippring av snö

Eftersom detta ständiga regn av marina snöflingor transporterar kol till havets djup, experter kallar det en biologisk pump. Det drivs av två motsatta processer:de organiska flingornas sjunkning och deras nedbrytning av bakterier. Sjunkande flingor ökar flödet av kol till djupet, medan bakterier minskar detta flöde genom att avlägsna kol från partiklarna. Nuvarande havsmodeller antar att sjunkhastigheten och nedbrytningshastigheten är oberoende av varandra. "Men vi har nu visat att nedbrytningsprocesserna förstärks genom att sjunka, "säger Uria Alcolombri från Institute of Environmental Engineering vid ETH Zürich.

Alcolombri är första författare till en studie av Roman Stockers forskargrupp som just publicerades i Naturgeovetenskap . För deras undersökningar, forskarna använde en smart metod:istället för att spåra sjunkande partiklar i havet, de lägger in enskilda millimeterstora alginatpartiklar i en mikrofluidkammare och pumpade sedan konstgjort havsvatten genom det. "I våra experiment, marin snö rörde sig inte genom havet; snarare sköljde havet runt marin snö. Men den relativa hastigheten är densamma, säger Alcolombri.

Tvätta bort biprodukterna

Forskarna koloniserade alginatpartiklarna med genetiskt modifierade, grönglödande bakterier. Dessa bröt ner partiklarna mycket snabbare när vatten flödade genom kammaren; nedbrytningen tar ungefär tio gånger längre tid i stilla vatten. Detta beror på att det rinnande vattnet tvättar bort nedbrytningsprodukterna, lämnar bakteriens enzymer för att börja arbeta direkt på partiklarna, utan att behöva lägga tid på att bryta ner molekyler som redan har splittrats.

På grundval av dessa observationer, Alcolombri och hans kollega François Peaudecerf har utformat en ny modell av den biologiska kolpumpen som tar hänsyn till hur sänkning påverkar nedbrytningen av de marina snöflingorna. Modellberäkningarna föreslår två saker:För det första, att förbättringen av partikelnedbrytning på grund av sjunkning minskar kolpumpens teoretiska transporteffektivitet. Och för det andra, att mycket av de döda algerna sönderdelas i de översta lagren i havet - vilket överensstämmer med mätningar av verkligt kolflöde i havet.

Små saker, enorm inverkan

Teamets forskning syftade inte till att öka den biologiska kolpumpens prestanda:"Vi är intresserade av att få en grundläggande förståelse för naturliga processer; vi ville veta hur den biologiska pumpen fungerar, "säger Alcolombri." För detta är viktigt för att vi ska kunna förutse mer exakt hur våra hav kommer att reagera på klimatförändringar ".

Det visade sig att nedbrytningshastigheten för marin snö - och indirekt, den globala koldioxidhalten i atmosfären - bestäms av mikroskopisk transportdynamik. Vilket visar, ännu en gång, hur även de minsta sakerna i miljön påverkar helheten.