• Tuesday June 25,2019

Watery Grave

Anonim



Ocean jest naturalnym pochłaniaczem węgla C na układzie okresowym o masie atomowej 12, 01. Mikroorganizmy pobierają dwutlenek węgla, inne organizmy je jedzą, a detrytus na węglu tej masywnej sieci pokarmowej spada do dna morskiego.
Zdjęcie zrobione przez Johna Clarka


Odmiany Pseudo-Nitzschia (około 500 mikrometrów lub 0, 02 cala długości) rosną w koloniach tworzących łańcuch. Rozkwitają, gdy niektóre regiony oceaniczne są zaszczepione żelazem - strategia, która może obniżyć poziom dwutlenku węgla w atmosferze.
Zdjęcie dzięki uprzejmości Susan Coale, przy wsparciu Dr David Garrison (National Science Foundation) i Mary Silver (University of California Center for Integrative Marine Technologies).

Około 15 lat temu naukowiec morski John Martin wygłosił legendarny żart: "Daj mi połowę żelaznego statku, a dam ci lód."
Podczas swojej kadencji w Moss Landing Marine Laboratories w pobliżu Monterey w Kalifornii, Martin przekonał się, że żelazo przechowywane w wodach oceanicznych odegrało kluczową rolę w zmianie klimatu. Niedobory żelaza zdawały się ograniczać rozwój pływających organizmów morskich, zwanych fitoplanktonem, które potrzebują metalu do tworzenia enzymów. Martin powiedział, że jeśli ubogie w żelazo regiony zostaną "nawożone " suplementami, plankton będzie rozkwitać i, dzięki fotosyntezie, szarpać wystarczająco dużo dwutlenku węgla z wody powierzchniowej, aby ograniczyć trendy globalnego ocieplenia.
Martin sformułował swoją "hipotezę Geritowa ", aby rozwiązać zagadkę podstawowej ekologii oceanicznej. Ale kiedy eksperymenty przeprowadzane po jego śmierci w 1993 r. Wykazały, że wody ubogie w żelazo w rzeczywistości rozkwitają glonami po wzbogaceniu, przedsiębiorcy przyjęli ten pomysł jako sposób na zarabianie na wydobywanie dwutlenku węgla z atmosfery.
Ostatnie badania polowe mierzące długoterminowe przechowywanie węgla w nawożonych wodach przyniosły zniechęcające wyniki. "Wyglądało to dość obiecująco, jakby nie miało wpływu na wiele obszarów żelaznych lub oceanicznych ", mówi morski chemik Ken Buesseler z Woods Hole Oceanographic Institution w Massachusetts. "Ale ludzie nie mierzyli ile węgla dostanie się do głębokiego oceanu ".
Jeśli chodzi o zamykanie węgla, głębsze jest lepsze. Zakwity fitoplanktonu są ograniczone do wód powierzchniowych, gdzie mają dostęp do światła słonecznego. Dwutlenek węgla z atmosfery rozpuszcza się w oceanie, a organizmy wykorzystują go do fotosyntezy. Podczas tego procesu uwalniane są atomy tlenu, a węgiel staje się budulcem stałej materii organicznej. Ale węgiel "ustalony" w ten sposób może z łatwością wyciekać z powrotem do atmosfery, gdy na przykład drapieżniki wgryzają się w fitoplankton, a następnie oddychają dwutlenkiem węgla. Jeśli węgiel ma pozostać w postaci stałej, musi spaść poniżej warstwy powierzchniowej, gdzie następuje cała akcja. Ta warstwa mieszająca może sięgać nawet 1000 stóp lub więcej, mówi Buesseler. Jedynie najcięższe cząsteczki materii bogatej w węgiel będą wykraczać poza to: grudki martwych komórek planktonu, ciała zmarłych drapieżników i peletki drapieżników.
"Ludzie zawsze zakładali, że jeśli dostaniesz kwiat, dostaniesz całkiem sprawny transfer węgla do głębokiego oceanu, " Buesseler mówi. Zamiast tego, ekosystemy planktonu są niezwykle wydajne w recyklingu węgla - aż 95% powierzchni pozostaje na powierzchni. "To jest ten ciągły cykl: Coś rośnie, coś je, coś innego rośnie, coś je. To oznacza, że ​​węgiel nie znika. "
Więc Buesseler nie był całkowicie zaskoczony, gdy w największej z dotychczasowych prób zapłodnienia zanotował poziom tonącego węgla, który był tylko jedną setną z prognozowanych modeli i planów geoinżynieryjnych. Dwa wcześniejsze eksperymenty w tej samej części świata nie wykazały żadnej różnicy w ilości węgla "wywiezionego" z zapłodnionych i niezapłodnionych wód. "Nawożenie żelazem oceanicznym może nie być tanią i atrakcyjną opcją, jeśli wpływ na eksport węgla i sekwestrację jest tak niski, jak zaobserwowano do tej pory ", konkluduje Buesseler z oceanografem Philipem Boydem z University of Otago w Nowej Zelandii.
Dane Buesselera pochodziły z 28-dniowej obserwacji w pobliżu Nowej Zelandii o nazwie SOFeX, która była skrótem od eksperymentu z żelazem południowym (Fe). Ocean Południowy - zbiornik wodny otaczający Antarktydę poniżej 50 ° szerokości geograficznej południowej - jest ulubionym miejscem do testów nawożenia, ponieważ jego wody są zubożone w żelazo, ale są bogate w inne składniki odżywcze, takie jak azot, fosfor i krzem, które zasilają fitoplankton. Podczas gdy osady rzeczne i przenoszony przez wiatr pył przenoszą duże ilości żelaza do większości oceanów świata, trzy obszary Pacyfiku są odizolowane od zapylonych wiatrów - Ocean Południowy, część środkowego Pacyfiku, a także część subarktyczna. fale. Oceanografowie od dziesięcioleci zastanawiali się nad tym, dlaczego regiony te nie wspierały silnych społeczności planktonowych i roją się od rybołówstwa. Martin zorientował się, że są anemiczni.
Naukowcy przeprowadzili pierwsze eksperymenty polowe, aby przetestować teorię Martina w połowie lat 90. Żelazo rozpuszczone w słabo kwaśnym roztworze zostało spuszczone na 23 mil kwadratowych otwartego oceanu na zachód od Wysp Galapagos. Te i kolejne eksperymenty często przynosiły dramatyczne rezultaty: Kwitnienie fitoplanktonu było czasem wystarczająco widoczne, aby pojawić się na zdjęciach satelitarnych. Los węgla, który naprawili, nigdy nie był jasny.


Dodanie żelaza do ubogich w żelazo obszarów oceanicznych sprzyja rozwojowi życia w morzu, które w teorii wyprowadza więcej dwutlenku węgla z atmosfery. Problem ze strategią polega na tym, że wydaje się, że węgiel ulega tak wydajnemu recyklingowi w morskim łańcuchu pokarmowym, że tylko niewielki procent węgla kończy się sekwestrowaniem w osadach oceanicznych.
Grafika autorstwa Dona Foleya

"To naprawdę bardzo trudno zmierzyć ilość węgla, który tonie w głębinach oceanu ", mówi Buesseler. "I nie mówię tego tylko dlatego, że to robię. "
Buesseler zastosował technikę, która mierzy względną obfitość pierwiastka promieniotwórczego uranu i jego produktu rozpadu, toru. Te dwa radioizotopy powinny istnieć w stałym stosunku w wodzie oceanicznej. Ale tor przykleja się do cząstek węgla i pochłaniaczy. Tak więc spadek toru w stosunku do uranu w wodach powierzchniowych może działać jako wskaźnik zastępczy dla ilości tonącego węgla. Buesseler mówi, że jego najnowsze pomiary pokazują, że grzebanie zaledwie 30 procent węgla uwalnianego rocznie w wyniku działalności człowieka pochłonęłoby miliony podobnych do SOFeX zrzutu żelaza na obszarze nieruchomości morskich "więcej niż o rząd wielkości większy niż cały obszar Oceanu Południowego. "
Sallie Chisholm, ekolog z oceanu na MIT, mówi, że numery Buesseler to tylko jeden z powodów, dla których utrzymuje, dlaczego nie powinno się zwiększać poziomu nawożenia żelaza w celach komercyjnych. "Nie można wywnioskować konsekwencji nawożenia na dużą skalę z eksperymentów na małą skalę ", mówi. "Nie możesz nauczyć się długoterminowego statusu węgla ani wpływu długotrwałego nawożenia. " Ona mówi, że z pewnością zmieni strukturę sieci pokarmowej - musi zmienić sieć żywności w celu praca.
Nawożenie może również generować gazy cieplarniane silniejsze niż dwutlenek węgla. Na przykład metan uwalnia się, gdy rozkłada się fitoplankton. W liście do czasopisma Science, atmosferyczny naukowiec Mark Lawrence z Instytutu Chemii Maxa Plancka w Mainz w Niemczech, zauważa, że ​​zakwity fitoplanktonu również produkują siarczek dimetylu, który zmienia osłonę chmurową i halogenki metylu, które niszczą warstwę ozonową: " możliwość niezamierzonego klimatu i zmian atmosferycznych ... jest kluczowym argumentem przeciwko nawożeniu oceanu. "


Phaeocystis jest jednym z mikroorganizmów, które kwitły w eksperymencie wzbogacania żelaza na Oceanie Południowym. Fitoplankton może rosnąć samodzielnie lub w galaretowatych koloniach.
Zdjęcie dzięki uprzejmości Susan Coale, przy wsparciu Dr. David Garrison (NSF) i Mary Silver (University of California Center for Integrative Marine Technologies).

Martin ostrzegał przed takimi konsekwencjami. "Największym niebezpieczeństwem, moim zdaniem ", pisał w 1990 roku, "jest to, że zapłodnienie żelaza na dużą skalę nastąpi bez koniecznego zrozumienia tego, co się stanie na skalach od pojedynczych komórek do ekosystemów. "
Firmy zajmujące się nawożeniem, takie jak Virginia GreenSea Venture Inc. i Fundacja Planktos w Kalifornii, nadal optymistycznie patrzą na perspektywy tej techniki. Poprzez protokół ustanowiony w 1997 r. W Ramowej konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu w Kioto (której obecna administracja USA nie popiera), firmy mogłyby sprzedawać węgiel "kredyty " zanieczyszczającym w zamian za sekwestrację węgla poprzez wstrzykiwanie dwutlenku węgla do podziemia zbiorniki wodne, lub sadzenie drzew. Wczesne prognozy sugerowały, że nawożenie oceanem może być najtańszym ze wszystkich tych systemów. Planktos ma nadzieję, że pobierze 4 USD za każdą tonę dwutlenku węgla, którą wrzuci do oceanu, chociaż nadal nie ma standardu określającego pochłoniętą ilość węgla.
Pomimo słabych wyników SOFeX-u, niektórzy naukowcy uważają, że nawożenie oceaniczne może nadal być najlepszą nadzieją na pozbycie się 6, 5 miliarda ton nadwyżki dwutlenku węgla, które ludzkość wypuszcza do atmosfery każdego roku. "Kierujemy się warunkami klimatycznymi, których Ziemia nie zaznała przez miliony lat ", mówi morski chemik Ken Johnson z Instytutu Badawczego Akwarium Monterey Bay. "To dla mnie jest dość przerażające. " Nie stać nas na porzucenie jakichkolwiek potencjalnych rozwiązań właśnie teraz. "
Johnson twierdzi, że warunki podczas wyprawy były dalekie od ideału zatapiania węgla. Wody antarktyczne były znacznie chłodniejsze niż zwykle, a wiatr o sile 50 węzłów zawodził codziennie, spowalniając wzrost fitoplanktonu. Załoga SOFeX musiała odejść, zanim rozkwitał plankton.
"Rozkwit rósł liniowo, kiedy odeszliśmy i może trwać miesiące", zgadza się Ken Coale z Moss Landing, naukowiec odpowiedzialny za SOFeX. "Nie oszacowaliśmy tego całkowicie. " Ale z trzema statkami ekspedycyjnymi kosztującymi ponad 21 000 USD dziennie i prawie 100 naukowcami na pokładzie, "nikt nie ma czasu na obserwowanie tych statków przez cały czas ich trwania. "
Richard Barber, oceanograf, który studiuje modele komputerowe wyników nawożenia w Laboratorium Morskim Uniwersytetu Duke'a w Beaufort w Północnej Karolinie, nazywa żelazne nawożenie "najbardziej udanym procesem łagodzenia zmian na świecie. " Ale zastanawia się nad termin los zamaskowanego węgla: nawet jeśli tonie, czy pozostanie zatopiony? Prądy głębinowe zazwyczaj przyciągają zakopane substancje odżywcze do wód powierzchniowych. Modele fryzjerskie pokazują, że jeśli węgiel nie spadnie wystarczająco głęboko, może pojawić się w ciągu niecałego stulecia. I aby być najbardziej skutecznym, nawożenie oceaniczne na dużą skalę musiałoby być ciągłe.
"Jak nawozić wszystkie oceany ubogie w żelazo co pięć dni? ", Mówi. "Po prostu nie sądzę, że to zadziała. "
Nawet jeśli morscy naukowcy nie zgadzają się co do perspektyw zapłodnienia żelaza jako lekarstwa na globalne ocieplenie, są zgodni co do jego wartości jako narzędzia do badania ekologii oceanów. Badania te są pilniej potrzebne niż kiedykolwiek wcześniej, mówi Coale, choćby tylko po to, aby przedstawić potencjalny efekt komercyjnego nawożenia na dużą skalę, zanim to nastąpi. Coale uważa, że ​​niesprawiedliwe, jeśli nie niemożliwe, jest oczekiwanie, że oceany pochłoną ponad 6 miliardów ton nadwyżki węgla rocznie.
"Jest wielu z nas, którzy uważają oceany za święte ", mówi. Ale "wypuściliśmy kota z worka. Musimy patrzeć na to teraz, czy nam się to podoba, czy nie. "


Strona internetowa Fundacji Planktos, jednej z firm zajmujących się nawożeniem żelaza, ma podstawy dotyczące tego procesu i jego potencjału: www.planktos.com.
Odwiedź stronę dr. Buesselera na stronie internetowej Instytutu Oceanograficznego Woods Hole, aby uzyskać więcej informacji na temat zapłodnienia żelaza i dowiedzieć się więcej o rejsach SOFeX:
//cafethorium.whoi.edu/Fe/Why-Iron.html


Ciekawe Artykuły

Nie zapominajcie, że rodzice dzielą się genami z ich potomstwem

Nie zapominajcie, że rodzice dzielą się genami z ich potomstwem

W 2002 roku przeczytałem The Blank Slate. Z całym szacunkiem dla Stevena Pinkera jednym z najbardziej fascynujących aspektów tej książki był w rzeczywistości przegląd pracy innej psycholog, Judith Richard Harris. Poglądy Harrisa są jasno przedstawione w Założeniu Nurture. Analizuje i poszerza wiedzę na temat genetyki zachowania: w długim okresie wpływ rodzicielski wydaje się być stosunkowo marginalnym czynnikiem predykcyjnym pod względem wielu cech behawioralnych. Aby być wyraźnym,

Zmiany klimatyczne i choroby mają  "spłaszczone " karaibskie rafy koralowe

Zmiany klimatyczne i choroby mają "spłaszczone " karaibskie rafy koralowe

Naukowcy od dawna wiedzą, że rafy koralowe są zagrożone przez choroby, globalne ocieplenie i inne czynniki. Teraz nowe badania pokazują, że większość raf karaibskich została "spłaszczona" w ciągu ostatnich czterech dekad, ponieważ wygasły ozdobny koralowiec rozgałęziony i został zastąpiony przez bardziej płaski, szybko rosnący "zachwaszczony" gatunek. Większość rafy zat

Ustaw swój skaner CT na  "Kill " i zajrzyj do wnętrza niektórych skamielin

Ustaw swój skaner CT na "Kill " i zajrzyj do wnętrza niektórych skamielin

Paul Tafforeau / ESRF Więcej niesamowitych osiągnięć skanowania 3D znajdziesz w naszej galerii, Skanowanie 3D: jak umieścić rzeczywisty świat na swoim komputerze. Bogata historia życia na ziemi leży poza zasięgiem wzroku - w 100-letnich bryłkach bursztynu, w skamieniałych jajkach w kształcie ziemniaków iw przyziemnych starożytnych zębach. Korekta: Te rz

Jak wielka jest erupcja w Kīlauea?

Jak wielka jest erupcja w Kīlauea?

Erupcja, która wybuchła w Leilani Estates na Dolnym Wschodnim Szczelinie w Kīlauea, zbliża się szybko do końca drugiego miesiąca, a teraz nie ma oznak, że wybuch wkrótce się skończy. Dla wielu z nas ta erupcja wydaje się bezprecedensowa: jak często wulkany wyrzucają lawę tak przez wiele miesięcy? Okazuje się, ż

W łóżku z diabłem GMO

W łóżku z diabłem GMO

Istnieją dwa rodzaje ludzi, którzy piszą o genetycznie zmodyfikowanej żywności: tych, którzy wierzą, że GMO są złe, a którzy nie. Jeśli go nie znalazłeś, to ja jestem w tej drugiej grupie. Niestety, uproszczona debata między tymi dwoma obozami przełożyła się na slapfest w Three Stooges: Dokładniej, jedna grupa krzyczy o "nasionach śmierci" i złym spisku Monsanto, by sterylizować ludzkość, podczas gdy druga grupa (do której należę) reaguje naprzemiennie kpiną i trzeźwymi sprzeczkami. Osobiście staram się unikać