De oceanen van de aarde hebben een opmerkelijk natuurlijk vermogen om koolstof uit de atmosfeer te halen en diep in het oceaanwater op te slaan. een belangrijke controle uitoefenen op het mondiale klimaat.

Een groot deel van de kooldioxide die wordt uitgestoten wanneer mensen fossiele brandstoffen verbranden, bijvoorbeeld, wordt opgenomen en opgeslagen in de oceaan via een reeks processen die de oceaankoolstofcyclus vormen. Maar, de hoge snelheid waarmee de uitstoot van kooldioxide toeneemt, betekent dat de toekomst van de cyclus onzeker is, vooral wanneer veel van de belangrijkste processen slecht worden begrepen. In een nieuw artikel in het tijdschrift Natuur , Tom Weber, een assistent-professor aard- en milieuwetenschappen in Rochester, en zijn collega's, geschetst en gekwantificeerd kritische mechanismen die betrokken zijn bij de oceaan koolstofcyclus, specifiek de 'biologische pomp'. Hun nieuwe inzichten kunnen worden gebruikt om klimaatcomputermodellen te sturen om de effecten van klimaatverandering op een opwarmende wereld beter te voorspellen.

Dieper in de oceaan zinken

De biologische pomp beschrijft de som van alle biologische processen die koolstofdioxide van de atmosfeer naar de diepe oceaan transporteren. Kleine zeeplanten, bekend als fytoplankton, nemen koolstofdioxide uit de oppervlakte van de oceaan om biomassa te produceren. De biomassa klontert samen tot deeltjes, die vervolgens naar de diepe oceaan zinken. In de diepe oceaan, de deeltjes vallen uiteen, kooldioxide vrijgeven. "Het netto-effect is het 'pompen' van CO2 uit de atmosfeer naar de diepe oceaan, ' zegt Weber.

Hoe dieper in de oceaan een deeltje zinkt, hoe langer het duurt voordat de koolstof terugkeert naar het oppervlak en terug in de atmosfeer. Koolstof die vrijkomt op een diepte van een paar honderd meter, bijvoorbeeld, wordt teruggecirculeerd naar de atmosfeer op tijdschalen van 10 jaar of minder, maar als deeltjes in de diepe oceaan zinken - dieper dan 1, 000 meter - hun koolstof kan worden opgeslagen voor maximaal 1, 000 jaar voordat hij terugkeert naar de oppervlakte.

Deeltjesinjectiepompen

Onderzoekers geloofden eerder dat de overdracht van deeltjes van het oppervlak naar de diepe oceaan plaatsvond door simpelweg te zinken onder de zwaartekracht - wat Weber en zijn collega's de 'biologische zwaartekrachtpomp' noemen. Echter, de laatste jaren, wetenschappers hebben andere processen erkend die belangrijk zijn bij het overbrengen van koolstof van oppervlaktewater naar de diepe oceaan. Zoals in de krant staat, deze omvatten de fysieke vermenging van de oceaan door de wind, door grootschalige oceaanstromingen, en door biologisch transport via dieren zoals kleine vissen die de biomassadeeltjes aan de oppervlakte opeten en op diepte uitscheiden. De onderzoekers noemen deze processen gezamenlijk "deeltjesinjectiepompen" (PIP's) omdat ze deeltjes tot veel diepere diepten kunnen "injecteren" - in vergelijking met louter gravitatiebezinking - voordat ontbinding plaatsvindt en de koolstof vrijkomt.

"Het is een veel efficiëntere manier om koolstof van het oppervlak naar de diepe wateren te trekken, ' zegt Weber.

Weber en zijn collega's combineerden observationeel bewijs en nieuwe modelberekeningen om voor het eerst te kwantificeren hoeveel koolstof door de PIP's wordt overgedragen. Ze ontdekten dat PIP's een veel invloedrijkere factor zijn dan eerder werd gedacht:collectief, ze zijn verantwoordelijk voor evenveel koolstofopslag in de oceaan als de biologische zwaartekrachtpomp.

De koolstofcyclus van de oceaan en klimaatverandering

Omdat de koolstofcyclus van de oceaan wordt beïnvloed door omgevingsveranderingen in licht, temperatuur, en beschikbaarheid van voedingsstoffen, de onderzoekers kunnen hun nieuwe resultaten gebruiken om klimaatmodellen te verbeteren en beter te voorspellen hoe de oceaankoolstofcyclus zal reageren op toekomstige wereldwijde klimaatverandering, zegt Weber. "Als we wat voorspellende kracht willen hebben met betrekking tot de biologische pomp, we moeten alle mechanismen begrijpen en onze wereldwijde klimaatmodellen uitrusten met een volledige weergave."

De koolstofcyclus van de oceaan wordt het meest beïnvloed door klimaatverandering vanwege het opwarmende oceaanwater. De diepe oceaan is gevuld met kou, gespannen, en voedselrijk water, terwijl de oceaan aan het oppervlak warmer en lichter is. Om de biologische productiviteit op peil te houden, wind roert het oceaanwater, door ze te mengen om het voedselrijke water naar de oppervlakte te brengen. Als de temperatuur van de oceaan stijgt als gevolg van klimaatverandering, echter, het dichtheidsverschil tussen het water in de oppervlakteoceaan en het water in de diepe oceaan neemt toe, waardoor het moeilijker wordt voor de oceaan om zich te mengen, zegt Weber. "Satellietgegevens laten zien dat de algehele productiviteit van de oceaan aan het oppervlak afneemt omdat het roeren van voedingsstoffen minder efficiënt wordt."

Het nieuwe onderzoek van Weber voegt nog een "rimpel aan het probleem toe, "zegt hij. Eerdere opvattingen over de biologische pomp gaven aan dat een verminderde mengsnelheid van de oceaan de productiviteit zou vertragen, maar "niet echt andere processen in de biologische pomp zou beïnvloeden:zodra je de deeltjes produceert, zwaartekracht alleen zou ze doen zinken en ontbinden." De nieuwe kijk, echter, geeft aan dat een vertraging in het mengen ook de PIP's zal verminderen, die van vitaal belang zijn voor de koolstofcyclus van de oceaan als "zeer efficiënte exportmechanismen die de deeltjes mooi diep krijgen waar de koolstof langer kan worden opgeslagen, ' zegt Weber.

Als deeltjes niet diep in de oceaan worden gebracht, dit kan, beurtelings, feedback geven op klimaatverandering. "Als kooldioxide vrijkomt op ondiepere diepten, het ontsnapt sneller in de atmosfeer, wat betekent meer koolstofdioxide in de atmosfeer waar het bijdraagt ​​aan de opwarming van de aarde."