Биологический насос и экспорт углерода

Фиксируя углерод на поверхности и отправляя его часть в глубины, морская жизнь приводит в действие планетарный насос, который поддерживает концентрацию атмосферного углекислого газа значительно ниже, чем она была бы в противном случае.

Definition

Биологический насос — это совокупность биологических процессов, которые переносят органический углерод из освещенного солнцем поверхностного слоя океана в глубину, где он хранится вдали от атмосферы; экспорт углерода — это нисходящий поток этого органического вещества из поверхностного слоя.

Scope

Эта тема охватывает образование и оседание органических частиц, процессы экспорта и реминерализации в толще воды, измерение потока экспорта углерода, роль миграции и агрегации зоопланктона, а также механизмы контроля и эффективность биологического насоса и его чувствительность к изменениям в океане.

Core questions

• Какая доля первичной продукции поверхности экспортируется в глубоководные слои океана?
• Как оседающее органическое вещество ослабляется с глубиной в процессе реминерализации?
• Какую роль играют агрегация частиц и миграция зоопланктона в экспорте?
• Насколько эффективен биологический насос и как он может измениться при потеплении и закислении?

Key theories

Насосы мягких тканей и карбонатов

Оседание органического вещества (мягких тканей) снижает поверхностный углерод и атмосферный углекислый газ, в то время как карбонатный контрнасос, образующийся при формировании раковин, частично компенсирует это, и их баланс определяет чистый биологический контроль над атмосферным углеродом.

Глубина экспорта и реминерализации

Большая часть экспортируемого органического вещества потребляется и респирируется в верхних слоях водной толщи, поэтому глубина, на которой оно реминерализуется, определяет, как долго углерод секвестрируется из атмосферы.

Mechanisms

Фитопланктон фиксирует углерод на поверхности; часть его оседает в виде агрегатов, фекальных пеллет и мертвых клеток и далее транспортируется вниз мигрирующим зоопланктоном. По мере падения частиц бактерии и животные респирируют большую часть углерода обратно в растворенную форму на малых глубинах, в то время как небольшая выжившая фракция достигает глубоководных слоев океана и отложений, где она может храниться от столетий до тысячелетий.

Clinical relevance

Биологический насос является основным регулятором атмосферного углекислого газа и, следовательно, климата; его понимание и количественная оценка имеют центральное значение для прогнозирования поглощения углерода океаном и для оценки предлагаемых стратегий удаления углекислого газа из морской среды, таких как удобрение океана.

History

Концепция сформировалась в 1980-х годах, когда Фольк и Хофферт (Volk and Hoffert) различили растворимостный и биологический насосы океана и количественно оценили их роль в изменениях концентрации углекислого газа в ледниково-межледниковые периоды, что стимулировало десятилетия измерений потоков и дебаты об удобрении железом, инициированные Мартином (Martin).

Key figures

• Tyler Volk
• Wallace Broecker
• John Martin

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• volkHoffert1985

Frequently asked questions

Почему его называют насосом?

Подобно механическому насосу, перемещающему жидкость против градиента, морская жизнь постоянно перемещает углерод с поверхности в глубокие слои океана, поддерживая разницу в концентрации углерода между ними, что снижает уровень атмосферного углекислого газа.

Может ли усиление биологического насоса помочь в борьбе с изменением климата?

Предложения, такие как удобрение океана железом, направлены на увеличение экспорта углерода, но объем и постоянство секвестрации неопределенны, и существуют экологические риски, поэтому такие подходы остаются научно оспариваемыми.