ปั๊มชีวภาพและการส่งออกคาร์บอน
ด้วยการตรึงคาร์บอนที่ผิวน้ำและส่งส่วนหนึ่งของคาร์บอนนั้นจมลงสู่ก้นทะเล สิ่งมีชีวิตในทะเลได้ขับเคลื่อนปั๊มขนาดดาวเคราะห์ที่ช่วยรักษาระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศให้ต่ำกว่าที่ควรจะเป็นอย่างมาก
Definition
ปั๊มชีวภาพคือชุดของกระบวนการทางชีวภาพที่ถ่ายโอนคาร์บอนอินทรีย์จากมหาสมุทรส่วนบนที่ได้รับแสงแดดไปยังส่วนลึก ซึ่งคาร์บอนจะถูกเก็บไว้ห่างจากชั้นบรรยากาศ การส่งออกคาร์บอนคือการไหลลงของสารอินทรีย์นี้ออกจากชั้นผิวน้ำ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการผลิตและการจมลงของอนุภาคอินทรีย์ กระบวนการส่งออกและการคืนแร่ธาตุผ่านมวลน้ำ การวัดอัตราการส่งออกคาร์บอน บทบาทของการอพยพและการรวมกลุ่มของสัตว์จำพวกแพลงก์ตอนสัตว์ และการควบคุมและประสิทธิภาพของปั๊มชีวภาพ รวมถึงความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของมหาสมุทร
Core questions
- สัดส่วนเท่าใดของการผลิตขั้นต้นที่ผิวน้ำถูกส่งออกไปยังมหาสมุทรลึก?
- สารอินทรีย์ที่จมลงจะลดลงตามความลึกผ่านการคืนแร่ธาตุได้อย่างไร?
- การรวมกลุ่มของอนุภาคและการอพยพของแพลงก์ตอนสัตว์มีบทบาทอย่างไรในการส่งออก?
- ปั๊มชีวภาพมีประสิทธิภาพเพียงใด และอาจเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเกิดภาวะโลกร้อนและการเป็นกรด?
Key theories
- ปั๊มเนื้อเยื่ออ่อนและคาร์บอเนต
- การจมลงของสารอินทรีย์ (เนื้อเยื่ออ่อน) ช่วยลดคาร์บอนที่ผิวน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ ในขณะที่ปั๊มคาร์บอเนตแบบย้อนกลับจากการก่อตัวของเปลือกหอยจะหักล้างบางส่วน และความสมดุลของทั้งสองจะกำหนดการควบคุมทางชีวภาพสุทธิของคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ
- ความลึกของการส่งออกและการคืนแร่ธาตุ
- สารอินทรีย์ที่ส่งออกส่วนใหญ่จะถูกบริโภคและหายใจออกในมวลน้ำส่วนบน ดังนั้นความลึกที่สารนั้นถูกคืนแร่ธาตุจึงเป็นตัวกำหนดระยะเวลาที่คาร์บอนจะถูกกักเก็บออกจากชั้นบรรยากาศ
Mechanisms
แพลงก์ตอนพืชตรึงคาร์บอนที่ผิวน้ำ ส่วนหนึ่งจมลงในรูปของสารรวมตัว เม็ดอุจจาระ และเซลล์ที่ตายแล้ว และถูกขนส่งลงไปอีกโดยแพลงก์ตอนสัตว์ที่อพยพ ในขณะที่อนุภาคตกลงมา แบคทีเรียและสัตว์จะหายใจเอาคาร์บอนส่วนใหญ่กลับคืนสู่รูปที่ละลายน้ำได้ที่ระดับความลึกตื้นๆ ในขณะที่ส่วนน้อยที่รอดชีวิตจะไปถึงมหาสมุทรลึกและตะกอน ซึ่งสามารถเก็บไว้ได้นานหลายศตวรรษถึงหลายพันปี
Clinical relevance
ปั๊มชีวภาพเป็นปัจจัยควบคุมหลักของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศและสภาพภูมิอากาศ ดังนั้นการทำความเข้าใจและหาปริมาณจึงเป็นสิ่งสำคัญต่อการคาดการณ์การดูดซับคาร์บอนของมหาสมุทร และการประเมินกลยุทธ์การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ในทะเลที่เสนอ เช่น การให้ปุ๋ยแก่มหาสมุทร
History
แนวคิดนี้เริ่มเป็นรูปเป็นร่างขึ้นในทศวรรษ 1980 เมื่อ Volk และ Hoffert ได้แยกแยะปั๊มการละลายและปั๊มชีวภาพของมหาสมุทร และหาปริมาณบทบาทของพวกมันในการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างยุคน้ำแข็งและยุคอบอุ่น ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการวัดอัตราการไหลมานานหลายทศวรรษ และการถกเถียงเรื่องการให้ปุ๋ยเหล็กที่ริเริ่มโดย Martin
Key figures
- Tyler Volk
- Wallace Broecker
- John Martin
Related topics
Seminal works
- sarmientoGruber2006
- volkHoffert1985
Frequently asked questions
- ทำไมถึงเรียกว่าปั๊ม?
- เช่นเดียวกับปั๊มกลไกที่เคลื่อนย้ายของเหลวสวนทางกับความชัน สิ่งมีชีวิตในทะเลจะเคลื่อนย้ายคาร์บอนจากผิวน้ำไปยังมหาสมุทรลึกอย่างต่อเนื่อง โดยรักษาระดับความเข้มข้นของคาร์บอนที่แตกต่างกันระหว่างสองส่วน ซึ่งช่วยลดคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ
- การเพิ่มประสิทธิภาพของปั๊มชีวภาพสามารถต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้หรือไม่?
- ข้อเสนอต่างๆ เช่น การให้ปุ๋ยเหล็กแก่มหาสมุทร มีเป้าหมายเพื่อเพิ่มการส่งออกคาร์บอน แต่ปริมาณและความคงทนของการกักเก็บยังไม่แน่นอน และมีความเสี่ยงทางนิเวศวิทยา ดังนั้นแนวทางดังกล่าวจึงยังคงเป็นที่ถกเถียงกันทางวิทยาศาสตร์