Växtplankton behöver ljus och näring för att växa. De mikroskopiska algerna hittar sällan båda samtidigt i tillräckliga mängder i havet. I de övre vattenlagren saknar de oftast näring och längre ner saknar de ljus. En ny studie ledd av Helmholtz Center Hereon säger nu:Växtplankton kan vandra fram och tillbaka mellan djupare lager och vattenytan. Om detta bekräftades skulle det få enorma konsekvenser för beräkningarna av den naturliga kolpumpen och därmed för aktuella beräkningar av kolbudgeten. Studiens resultat publicerades idag i tidskriften Nature Climate Change .

Hav och hav är en av våra största kolsänkor. Varje år absorberar de cirka 30 % av CO₂ produceras av människor och därigenom avlägsna det från atmosfären. Detta är främst tack vare växtplankton. Med hjälp av ljus och näring tar dessa mikroskopiska växter upp koldioxiden och frigör syre. Hittills har forskare antagit att växtplankton knappast rör sig av sig självt, utan drivs med av strömmar. En studie ledd av Helmholtz-Zentrum Hereon presenterar nu argument som ifrågasätter detta antagande. För denna publikation, som också involverar GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel och Earth SURFACE System Research Center, analyserade författarteamet många empiriska forskningsresultat. Slutsatsen:de uppmätta data kan inte förklaras av växtplanktons passiva rörelse. På grundval av detta utvecklade forskarna en ny modell som inkluderar vertikal migration av växtplankton och kan därmed beräkna den aktiva "upppumpningen" av näringsämnen.

"Tidigare modeller behandlar växtplankton som passiva partiklar, medan många bevis tyder på att det aktivt migrerar för att ta upp kol i övre skikt via fotosyntes och för att lagra näringsämnen i lägre skikt", säger Kai Wirtz, huvudförfattare till studien och ekosystemmodellerare vid Hereon Institute of Coastal Systems, Analysis and Modeling.

De övre vattenlagren i haven och oceanerna saknar nästan alltid näringsämnen. Förutom ljus är näringsämnen avgörande för växtplankton. Men trots bevisligen lägre näringsämneskoncentrationer mäts höga netto primärproduktionen där. Nettoprimärproduktionen är den biomassa som produceras av växtplankton, som ligger till grund för den marina näringsväven. Andra studier har kunnat påvisa kväve från djupare vattenlager i växtplankton nära vattenytan. Växtplanktonegenskaper, som har utvecklats under miljontals år, tyder också på mer aktiva migrationer:Minst två tredjedelar av alla arter har visat sig kunna röra sig aktivt. Vad är denna förmåga bra för om mikroorganismerna bara passivt driver med strömmar? Den nya studien presenterar nu denna teori:växtplankton rör sig aktivt vertikalt mellan de övre och djupare vattenlagren. Så här får de båda – ljus i de övre lagren och näring från större vattendjup.

En konstant upp och ner

Teamet runt Kai Wirtz förklarar att även om växtplankton ofta simmar eller sjunker bara några meter per dag, kan det överbrygga ett djup på cirka 10 till 80 meter med "energireserven" från fotosyntesen i det ljusrika ytvattnet. På större vattendjup kan den absorbera tillräckligt med näringsämnen tills den aktivt rör sig mot vattenytan igen. Denna rörelsecykel skulle motsvara en pump med aktivt kol som fungerar mycket mer effektivt än vad som tidigare antagits.

"Baserat på våra modellberäkningar antar vi att nuvarande uppskattningar av oceaniskt kolupptag måste korrigeras väsentligt uppåt", säger Wirtz.

Jan Taucher, medförfattare till studien säger:"Det har tidigare gjorts individuella fallstudier som visat att vissa växtplanktonarter aktivt kan migrera vertikalt och därmed också transportera näringsämnen och kol. Kombinationen av observationsdata som används i den nya ekologiska modellen för vår nuvarande studie visar att detta fenomen är mycket mer utbrett än man tidigare trott. Våra resultat tyder på att tidigare beräkningar kan ha underskattat marin produktivitet och kolupptag."

60 gånger Tysklands koldioxidutsläpp

För närvarande finns det ingen teknik som empiriskt kan testa teorin direkt på mikroskopisk nivå av organismer. Men det kan vara värt att sätta igång ytterligare forskning. Om den vertikala migrationen av växtplankton visar sig vara sann skulle det innebära att haven absorberar mycket mer CO₂ än vad som nu antas, även med stigande luft- och vattentemperaturer i framtiden. Enligt beräkningarna från författargruppen, som även inkluderar Moritz Mathis från Helmholtz-Zentrum Hereon och Lan Smith från Earth SURFACE System Research Center, år 2100 cirka 40 gigaton mer CO₂ per år skulle absorberas än vad nuvarande klimatmodeller förutspår. Detta motsvarar sextio gånger Tysklands koldioxidutsläpp och därmed ungefär 10 % av vår koldioxidbudget. Det skulle avsevärt justera världens klimatkonto uppåt. För detta är det dock nödvändigt att känna till väsentliga processer, inklusive beteendemönster hos mikroorganismer. Verifieringen av den nya studiens teori skulle kunna ge ett avgörande bidrag till detta. + Utforska vidare

Järnökning från brandrök ett plus för kolcykeln i södra oceanen