Bơm sinh học và xuất khẩu carbon

Bằng cách cố định carbon ở bề mặt và đưa một phần nhỏ trong số đó chìm xuống độ sâu, sự sống dưới biển vận hành một hệ thống bơm quy mô hành tinh giúp giữ cho lượng carbon dioxide trong khí quyển thấp hơn nhiều so với mức bình thường.

Definition

Bơm sinh học là tập hợp các quá trình sinh học chuyển carbon hữu cơ từ bề mặt đại dương được chiếu sáng xuống độ sâu, nơi nó được lưu trữ cách xa khí quyển; xuất khẩu carbon là dòng chảy đi xuống của chất hữu cơ này ra khỏi lớp bề mặt.

Scope

Chủ đề này bao gồm quá trình sản xuất và chìm của các hạt hữu cơ, các quá trình xuất khẩu và tái khoáng hóa qua cột nước, việc đo lường thông lượng xuất khẩu carbon, vai trò của sự di cư và tập hợp của động vật phù du, cũng như các yếu tố kiểm soát và hiệu quả của bơm sinh học và độ nhạy của nó đối với một đại dương đang thay đổi.

Core questions

• Tỷ lệ sản xuất sơ cấp bề mặt được xuất khẩu xuống đại dương sâu là bao nhiêu?
• Chất hữu cơ chìm suy giảm theo độ sâu thông qua quá trình tái khoáng hóa như thế nào?
• Sự tập hợp hạt và di cư của động vật phù du đóng vai trò gì trong quá trình xuất khẩu?
• Bơm sinh học hiệu quả đến mức nào, và nó có thể thay đổi như thế nào khi nhiệt độ tăng và axit hóa?

Key theories

Bơm mô mềm và cacbonat

Sự chìm của chất hữu cơ (mô mềm) làm giảm carbon bề mặt và carbon dioxide trong khí quyển, trong khi bơm đối lưu cacbonat từ sự hình thành vỏ một phần bù đắp nó, và sự cân bằng của chúng thiết lập sự kiểm soát sinh học ròng đối với carbon trong khí quyển.

Độ sâu xuất khẩu và tái khoáng hóa

Hầu hết chất hữu cơ được xuất khẩu được tiêu thụ và hô hấp ở cột nước phía trên, vì vậy độ sâu mà nó được tái khoáng hóa quyết định thời gian carbon được cô lập khỏi khí quyển.

Mechanisms

Thực vật phù du cố định carbon ở bề mặt; một phần chìm xuống dưới dạng các tập hợp, viên phân và tế bào chết, và tiếp tục được vận chuyển xuống dưới bởi động vật phù du di cư. Khi các hạt rơi xuống, vi khuẩn và động vật hô hấp hầu hết carbon trở lại dạng hòa tan ở độ sâu nông, trong khi một phần nhỏ còn sót lại đến được đại dương sâu và trầm tích, nơi nó có thể được lưu trữ trong hàng thế kỷ đến hàng thiên niên kỷ.

Clinical relevance

Bơm sinh học là một yếu tố kiểm soát chính đối với carbon dioxide trong khí quyển và do đó là khí hậu; việc hiểu và định lượng nó là trọng tâm để dự báo bể chứa carbon đại dương và để đánh giá các chiến lược loại bỏ carbon dioxide biển được đề xuất như bón phân đại dương.

History

Khái niệm này được hình thành rõ ràng vào những năm 1980 khi Volk và Hoffert phân biệt các bơm hòa tan và bơm sinh học của đại dương và định lượng vai trò của chúng trong sự thay đổi carbon dioxide giữa các kỷ băng hà và gian băng, thúc đẩy hàng thập kỷ đo lường thông lượng và cuộc tranh luận về bón phân sắt do Martin khởi xướng.

Key figures

• Tyler Volk
• Wallace Broecker
• John Martin

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• volkHoffert1985

Frequently asked questions

Tại sao nó được gọi là bơm?

Giống như một máy bơm cơ học di chuyển chất lỏng ngược lại một gradient, sự sống dưới biển liên tục di chuyển carbon từ bề mặt xuống đại dương sâu, duy trì sự khác biệt về nồng độ carbon giữa hai nơi đó, làm giảm carbon dioxide trong khí quyển.

Liệu việc tăng cường bơm sinh học có thể chống lại biến đổi khí hậu không?

Các đề xuất như bón phân sắt cho đại dương nhằm thúc đẩy xuất khẩu carbon, nhưng lượng và tính vĩnh viễn của việc cô lập là không chắc chắn và có những rủi ro về mặt sinh thái, vì vậy các phương pháp tiếp cận như vậy vẫn còn gây tranh cãi về mặt khoa học.