Kako klimatske promene napreduju, predviđa se da će preokretna cirkulacija okeana značajno oslabiti. Sa takvim usporavanjem, naučnici procenjuju da će okean povući manje ugljen-dioksida iz atmosfere.
Međutim, sporija cirkulacija bi takođe trebalo da izvuče manje ugljenika iz dubokog okeana koji bi se inače vratio u atmosferu. Sve u svemu, okean bi trebalo da zadrži svoju ulogu u smanjenju emisije ugljenika iz atmosfere, ako je sporijim tempom.
Nova studija istraživača sa MIT-a objavljena u Nature Communications otkriva da će naučnici možda morati da preispitaju odnos između cirkulacije okeana i njegovog dugoročnog kapaciteta za skladištenje ugljenika. Kako okean postaje sve slabiji, mogao bi umesto toga osloboditi više ugljenika iz dubokog okeana u atmosferu.
Razlog je u vezi sa prethodno nekarakterističnom povratnom spregom između dostupnog gvožđa u okeanu, ugljenika i hranljivih materija koje se povećavaju, površinskih mikroorganizama i malo poznate klase molekula poznatih generalno kao „ligandi“.
Kada okean cirkuliše sporije, svi ovi igrači stupaju u interakciju u samostalnom ciklusu koji na kraju povećava količinu ugljenika koju okean izbacuje nazad u atmosferu.
„Izolujući uticaj ovih povratnih informacija, vidimo fundamentalno drugačiji odnos između cirkulacije okeana i nivoa atmosferskog ugljenika, sa implikacijama na klimu“, kaže autor studije Džonatan Loderdejl, naučnik na MIT-ovom odeljenju za Zemljine, atmosferske i planetarne nauke. .
„Ono što smo mislili da se dešava u okeanu potpuno je poništeno.
Loderdejl kaže da nalazi pokazuju da „ne možemo da računamo na to da će okean skladištiti ugljenik u dubokom okeanu kao odgovor na buduće promene u cirkulaciji. Moramo biti proaktivni u smanjenju emisija sada, umesto da se oslanjamo na ove prirodne procese da bismo kupili vreme za ublažavanje klimatskih promena“.
Godine 2020, Loderdejl je vodio studiju koja je istraživala okeanske hranljive materije, morske organizme i gvožđe i kako njihove interakcije utiču na rast fitoplanktona širom sveta.
Fitoplankton su mikroskopski organizmi nalik biljkama koji žive na površini okeana i konzumiraju ishranu ugljenikom i hranljivim materijama koje se uzdižu iz dubokog okeana i gvožđem koje unosi iz pustinjske prašine.
Što više fitoplanktona može da raste, to više ugljen-dioksida mogu da apsorbuju iz atmosfere putem fotosinteze, a ovo igra veliku ulogu u sposobnosti okeana da sekvestrira ugljenik.
Za studiju 2020, tim je razvio jednostavan model „kutije“, koji predstavlja uslove u različitim delovima okeana kao opšte kutije, od kojih svaka ima drugačiji balans hranljivih materija, gvožđa i liganada — organskih molekula za koje se smatra da su nusproizvodi fitoplanktona. .
Tim je modelirao opšti tok između kutija kako bi predstavio veću cirkulaciju okeana – način na koji morska voda tone, a zatim se vraća na površinu u različitim delovima sveta.
Ovo modeliranje je otkrilo da, čak i kada bi naučnici „zasijali“ okeane dodatnim gvožđem, to gvožđe ne bi imalo mnogo uticaja na globalni rast fitoplanktona. Razlog je bio ograničenje koje su postavili ligandi.
Ispostavilo se da je, ako se ostavi samo, gvožđe nerastvorljivo u okeanu i stoga nedostupno fitoplanktonu. Gvožđe postaje rastvorljivo samo na „korisnim“ nivoima kada se poveže sa ligandima, koji drže gvožđe u obliku koji plankton može da konzumira.
Loderdejl je otkrio da dodavanje gvožđa u jednu regiju okeana radi konzumiranja dodatnih hranljivih materija oduzima drugim regionima hranljive materije koje su tamo potrebne za rast fitoplanktona. Ovo smanjuje proizvodnju liganada i snabdevanje gvožđem nazad u prvobitni region okeana, ograničavajući količinu dodatnog ugljenika koji bi se preuzeo iz atmosfere.
Kada je tim objavio svoju studiju, Loderdejl je model kutije razradio u formu koju je mogao da učini javno dostupnim, uključujući razmenu ugljenika u okeanu i atmosferi i proširivanje kutija tako da predstavljaju raznovrsnija okruženja, kao što su uslovi slični Pacifiku, severnom Atlantiku, i Južni okean.
U tom procesu, on je testirao druge interakcije unutar modela, uključujući efekat variranja cirkulacije okeana.
On je vodio model sa različitim jačinama cirkulacije, očekujući da će videti manje atmosferskog ugljen-dioksida sa slabijim prevrtanjem okeana – odnos koji su podržale prethodne studije, a datira iz 1980-ih. Ali ono što je umesto toga otkrio je jasan i suprotan trend: što je cirkulacija okeana slabija, to se više CO₂ nakuplja u atmosferi.
„Mislio sam da je došlo do greške“, priseća se Loderdejl. „Zašto su se nivoi ugljenika u atmosferi kretali na pogrešan način?“
Kada je proverio model, otkrio je da je parametar koji opisuje okeanske ligande ostavljen „uključen“ kao promenljiva. Drugim rečima, model je izračunavao koncentracije liganda kako se menjaju iz jednog okeanskog regiona u drugi.
Na osnovu predosećaja, Loderdejl je isključio ovaj parametar, koji je koncentraciju liganda postavio kao konstantnu u svakom modelovanom okeanskom okruženju, što je pretpostavka koju obično čine mnogi modeli okeana. Ta jedna promena je preokrenula trend, nazad na pretpostavljeni odnos: slabija cirkulacija dovela je do smanjenja atmosferskog ugljen-dioksida. Ali koji trend je bio bliži istini?
Loderdejl je pogledao oskudne dostupne podatke o okeanskim ligandima da vidi da li su njihove koncentracije konstantnije ili varijabilnije u stvarnom okeanu. Pronašao je potvrdu u GEOTRACES-u, međunarodnoj studiji koja koordinira merenja elemenata u tragovima i izotopa širom svetskih okeana, koju naučnici mogu da koriste za upoređivanje koncentracija od regiona do regiona.
Zaista, koncentracije molekula su varirale. Ako se koncentracije liganda menjaju iz jednog regiona u drugi, onda je njegov novi rezultat iznenađenja verovatno bio reprezentativan za pravi okean: slabija cirkulacija dovodi do više ugljen-dioksida u atmosferi.
„To je jedan čudan trik koji je sve promenio“, kaže Loderdejl. „Prekidač liganda je otkrio ovaj potpuno drugačiji odnos između cirkulacije okeana i atmosferskog CO₂ za koji smo mislili da smo ga prilično dobro razumeli.“
Da bi video šta bi moglo da objasni preokrenuti trend, Loderdejl je analizirao biološku aktivnost i koncentracije ugljenika, hranljivih materija, gvožđa i liganda iz modela okeana pod različitim snagama cirkulacije, upoređujući scenarije u kojima su ligandi bili promenljivi ili konstantni u različitim kutijama.
Ovo je otkrilo novu povratnu informaciju: što je cirkulacija okeana slabija, manje ugljenika i hranljivih materija okean izvlači iz dubine. Bilo koji fitoplankton na površini bi tada imao manje resursa za rast i kao rezultat proizveo bi manje nusproizvoda (uključujući ligande).
Sa manje dostupnih liganda, manje gvožđa na površini bi bilo upotrebljivo, što bi dodatno smanjilo populaciju fitoplanktona. Tada bi bilo manje dostupnog fitoplanktona za apsorpciju ugljen-dioksida iz atmosfere i potrošnju nabujalog ugljenika iz dubokog okeana.
„Moj rad pokazuje da moramo pažljivije da razmotrimo kako biologija okeana može uticati na klimu“, ističe Loderdejl. „Neki klimatski modeli predviđaju usporavanje cirkulacije okeana od 30% zbog topljenja ledenih ploča, posebno oko Antarktika.
„Ovo ogromno usporavanje preokretanja cirkulacije zapravo bi moglo biti veliki problem: pored mnoštva drugih klimatskih problema, ne samo da bi okean uzimao manje antropogenog CO₂ iz atmosfere, već bi to moglo biti pojačano neto ispuštanjem dubokog gasa. okeanski ugljenik, što dovodi do neočekivanog povećanja atmosferskog CO₂ i neočekivanog daljeg zagrevanja klime.“
