Als er ergens is waar kooldioxide in grote hoeveelheden uit de atmosfeer kan verdwijnen, het is in de oceanen van de aarde. Daar, enorme populaties plankton kunnen koolstofdioxide uit oppervlaktewater opnemen en opslokken als onderdeel van fotosynthese, energie opwekken voor hun levensonderhoud. Als plankton sterft, ze zinken duizenden meters, de koolstof mee te nemen die ooit in de atmosfeer was, en het opbergen in de diepe oceaan.

de oceanen, daarom, hebben gediend als een natuurlijke spons bij het verwijderen van broeikasgassen uit de atmosfeer, helpen om de effecten van klimaatverandering te compenseren.

Maar nu hebben klimaatwetenschappers van het MIT ontdekt dat de exportefficiëntie van de oceaan, of de fractie van de totale planktongroei die naar de diepte zinkt, daalt, voornamelijk te wijten aan de stijgende temperatuur op aarde.

In een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Limnologie- en oceanografiebrieven , de wetenschappers berekenen dat, de afgelopen 30 jaar, omdat de temperatuur wereldwijd is gestegen, de hoeveelheid koolstof die is verwijderd en opgeslagen in de diepe oceaan is met 1,5 procent afgenomen.

Om dit aantal in perspectief te plaatsen, elk jaar, elk jaar bloeit ongeveer 50 miljard ton nieuw plankton in de oppervlakteoceaan, terwijl ongeveer 6 miljard ton dood plankton naar diepere wateren zinkt. Een afname van de exportefficiëntie met 1,5 procent zou betekenen dat er elk jaar ongeveer 100 miljoen ton extra plankton aan de oppervlakte is achtergebleven.

"We dachten dat de hoeveelheid koolstof die niet wegzakt als gevolg van wereldwijde temperatuurveranderingen vergelijkbaar is met de totale hoeveelheid koolstofemissies die het Verenigd Koninkrijk elk jaar in de atmosfeer pompt, " zegt eerste auteur B.B. Cael, een afgestudeerde student aan het MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Als koolstof gewoon in de oppervlakte-oceaan staat, het is makkelijker om weer in de atmosfeer terecht te komen."

Cael's co-auteurs op het papier zijn Kelsey Bisson van de Universiteit van Californië in Santa Barbara en Mick Follows, een universitair hoofddocent bij EAPS.

Fotosynthesizers versus ademhalingsapparaten

in 2016, het team begon eerst te onderzoeken of de temperatuur van het zeeoppervlak een effect heeft op de exportefficiëntie van de oceaan. De onderzoeksfocus van de groep ligt op mariene microben, inclusief interacties tussen gemeenschappen, en hun effecten op en reacties op klimaatverandering.

Bij het bestuderen van exportefficiëntie, de onderzoekers identificeerden twee processen in microben aan de oppervlakte van de oceaan die van invloed zijn op de snelheid waarmee koolstof naar de diepe oceaan wordt getrokken:fotosynthetiserende organismen zoals plankton absorberen koolstofdioxide uit oppervlaktewater, het fixeren van koolstof in hun systemen; ademende organismen zoals bacteriën en krill nemen zuurstof op en stoten koolstofdioxide uit in de omringende wateren.

Gebaseerd op de chemie van fotosynthese en ademhaling, de onderzoekers realiseerden zich dat de twee processen verschillend reageren, afhankelijk van de temperatuur. Fotosynthesizers groeien en sterven relatief sneller in koudere omgevingen, terwijl ademhalingstoestellen relatief actiever zijn bij warmere temperaturen.

in 2016, de onderzoekers ontwikkelden een eenvoudig model om de snelheid van het opnemen van koolstof door de oceaan bij bepaalde zee-oppervlaktetemperaturen te voorspellen. Hun resultaten kwamen overeen met geregistreerde waarnemingen van de hoeveelheid koolstof die naar de diepe oceaan werd geëxporteerd.

"We hadden een eenvoudige manier om te beschrijven hoe wij denken dat temperatuur de exportefficiëntie beïnvloedt, gebaseerd op deze fundamentele metabole theorie, "zegt Cael. "Nu, kunnen we dat gebruiken om te zien hoe de exportefficiëntie is veranderd in de periode waarin we goede temperatuurrecords hebben? Zo kunnen we inschatten of de exportefficiëntie verandert als gevolg van klimaatverandering."

Op zee

Voor deze nieuwe krant de onderzoekers gebruikten het model om de exportefficiëntie van de oceaan in de afgelopen drie decennia te schatten. Sinds 1982, satellieten, schepen, en boeien hebben metingen gedaan van de oppervlaktetemperaturen van de zee over de hele wereld, die wetenschappers voor elke gemeten locatie hebben gemiddeld en geaggregeerd in openbaar beschikbare databases.

Voor deze studie is het team gebruikte temperatuurmetingen uit drie verschillende databases, elke maand genomen van 1982 tot 2014, voor locaties over de hele wereld. De groep gebruikte de temperatuur om de exportefficiëntie over de wereldwijde oceaan voor elke maand te schatten, gebaseerd op hun eenvoudige model. Ze volgden de verandering in exportefficiëntie over de hele wereld, gedurende de periode van 33 jaar waarin metingen beschikbaar waren.

Ze vonden dat, wereldwijd, de snelheid waarmee de oceaan koolstof opneemt, is sinds 1982 met 1 tot 2 procent afgenomen. De temperatuur van het zeeoppervlak is in deze periode gestegen.

"Mensen verwachtten waarschijnlijk een daling van de exportefficiëntie, maar wat ik interessant vind is, we hebben een leuke manier om het te kwantificeren, " zegt Cael. "We kunnen inschatten dat over de afgelopen 30 jaar, exportefficiëntie is gedaald met 1 of 2 procent, dus 1 tot 2 procent minder van de totale planktonproductiviteit haalt het uit de oppervlakteoceaan, dat is eigenlijk een vrij groot aantal."

Cael zegt dat het model van het team mogelijk kan worden toegepast om de toekomst van de oceaan als koolstofput te voorspellen, hoewel onzekerheid in temperatuurprojecties dit een veel gecompliceerder doel maakt.

"Hoe koolstof zich op aarde beweegt, is van fundamenteel belang voor het begrijpen van zowel de biosfeer als het klimaat van de aarde, en vereist inzicht in hoe koolstof door de oceaan beweegt, "zegt Cael. "Dit [model] is iets dat je mogelijk zou kunnen toepassen op temperatuurprojecties, om te raden hoe koolstof in de toekomst door de aarde zal bewegen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.