Розкрито секрети критичної ролі Південного океану в уповільненні зміни клімату

Нова стаття містить уявлення про один із найважливіших факторів у вуглецевому циклі Південного океану, «біологічний насос», де вуглець утилізується організмами на поверхні та переноситься в океанські глибини, подалі від контакту з атмосферою. Дослідження, авторами якого стали вчені з Тихоокеанської морської екологічної лабораторії NOAA та Гавайського університету в Маноа, було опубліковано в PNAS.

Південний океан, також відомий як Антарктичний океан, відіграє центральну роль у стримуванні темпів зміни клімату, поглинаючи, за оцінками, 40% загальної кількості викидів вуглекислого газу (CO 2), створених людиною, і _60–90 % надлишок тепла, що утримується парниковими газами в атмосфері. Розуміння того, як Південний океан поглинає CO₂, є одним із головних пріоритетів океанографії, але віддалені, суворі умови Південного океану ставлять під сумнів здатність вчених точно охарактеризувати, як відбувається кругообіг вуглецю.

Наукову групу очолювали Ібінь Хуанг і Андреа Фассбендер з Тихоокеанської морської екологічної лабораторії NOAA у співпраці з Сетом Бушинскі, доцентом океанографії в Школі наук і технологій океану та Землі UH Mānoa (SOEST). Вони вивчили дані, зібрані з більш ніж 60 автономних плавзасобів для профілювання протягом 10 років, щоб вперше кількісно визначити роль, яку крихітні організми, звані фітопланктоном, відіграють у поглинанні CO ₂ Південним океаном з атмосфери шляхом створення ними різних типів біогенних (викликаних живими організмами). організмів) вуглецю. Кожен тип біогенного вуглецю має різний вплив на експорт вуглецю та на обмін CO ₂ між атмосферою та океаном.

Розуміння того, скільки вуглецю захоплюється в надрах океану біологічним насосом і як це впливає на кількість CO₂, що поглинається океаном, є критично важливим, оскільки зміна швидкості, з якою біогенний вуглець зберігається в океанських водах, може призвести до збільшення CO₂ залишається в атмосфері та потенційно впливає на швидкість зміни клімату.

Провідний автор Хуанг, вчений Спільного інституту морських і атмосферних досліджень, який працює в Тихоокеанській морській екологічній лабораторії, сказав, що одночасний моніторинг трьох різних типів вуглецю, що виробляється внаслідок біологічної активності, представляє давню проблему для океанографів. За його словами, через складність традиційних методів вчені зазвичай розглядають загальне виробництво вуглецю як чорний ящик.

«У нашому дослідженні застосовано нещодавно розроблений метод для оцінки виробництва та експорту окремих біогенних вуглецевих пулів економічно ефективним способом і в масштабах океанського басейну для моніторингу того, як функціонують морські екосистеми та їх реакції на майбутні зміни клімату», — сказав Хуан.

Як фітопланктон витягує вуглець з атмосфери

Через унікальну циркуляцію Південного океану на південь від 35° південної широти взаємодія фізичних і біологічних процесів формує регіональну біогеохімію, яка впливає на внутрішній простір глобального океану. Переважаючий апвелінг на південь від Антарктичної циркумполярної течії приводить глибокі води, багаті розчиненим неорганічним вуглецем, у контакт з атмосферою. Глибокі води також багаті поживними речовинами, які живлять біологічну активність, яка досягає піку навесні та влітку. Фітопланктон споживає розчинений неорганічний вуглець, а деякі види використовують його для створення своїх екзоскелетів, а потім транспортують його на глибину, коли гинуть.

У той час як планктон процвітає в цій насиченій холодній воді, він не може повністю використовувати наявні поживні речовини та розчинений неорганічний вуглець, який виноситься на поверхню під час підйому. Частина розчиненого неорганічного вуглецю виділяється в атмосферу локально. Невикористані поживні речовини згодом транспортуються до екватора через широкомасштабну циркуляцію, забезпечуючи велику частину біологічного виробництва в субтропіках і тропіках. Сезонний характер кругообігу вуглецю в Південному океані формується уповільненням росту фітопланктону взимку, коли глибоководне перемішування є найбільш інтенсивним.

Стаття зосереджена на кількісному визначенні кількості розчиненого неорганічного вуглецю, що використовується цими крихітними організмами, і на тому, як природний процес експорту вуглецю впливає на сучасний повітряно-морський обмін CO ₂ .

Крихітні істоти, величезний поглинач вуглецю

Дослідники виявили, що виробництво органічного вуглецю вловлює приблизно 3 мільярди тонн вуглецю на рік, що еквівалентно приблизно одній чверті загальних викидів людини, тоді як виробництво твердого неорганічного вуглецю зменшує поглинання CO ₂ приблизно на 270 мільйонів тонн на рік. Різниця в кількості кожного типу вуглецю, що виробляється з півночі на південь через Південний океан, впливає на те, як біологічний насос впливає на місцевий обмін CO ₂ повітря-море .

За словами вчених , без дії планктону, який споживає вуглець протягом вегетаційного періоду південної півкулі, Південний океан був би джерелом CO2 _для атмосфери.

Значна роль, яку відіграє фітопланктон у сучасному поглинанні вуглецю Південного океану, свідчить про те, що розуміння річної мінливості виробництва біогенного вуглецю може мати центральне значення для розуміння мінливості загального поглинача вуглецю Південного океану, сказав Фассбендер, який також є допоміжним спеціалістом професор Каліфорнійського університету в Санта-Крус.

«Розширення постійних цілорічних спостережень з біогеохімічних профілюючих суден стане економічно ефективним способом моніторингу біологічного насоса в Південному океані та в усьому світі», — сказала вона.