微小事物影响全局——微藻在海洋和大气中吸收二氧化碳的作用

通过进行光合作用的微藻,海洋从大气中吸收#二氧化碳#,然后微藻在死亡时沉入深海。正如苏黎世联邦理工大学(ETH)研究人员现在发现的那样,这种下沉增强了降解过程。

海洋在全球二氧化碳平衡中起着关键作用。这是因为数十亿微藻生活在那里,通过光合作用吸收二氧化碳并将其转化为生物量。当这些藻类死亡时,它们会随着以它们为食的微小生物的排泄物,以“海洋雪”的形式滴入更深的区域。大约百分之一的二氧化碳埋在海底数千年。

图一

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平静的细雪

由于这种持续不断的海洋雪花雨将碳输送到海洋深处,专家称之为生物泵。这是由两个相反的过程驱动的:有机薄片的下沉和细菌的降解。下沉的鳞片增加了碳向深处的通量,而细菌则通过从颗粒中去除碳来降低这种通量。目前的海洋模型假定下沉速度和退化速度相互独立。ETH环境工程研究所的乌里亚·阿尔科洛姆布里(Uria Alcolombri)说:“但我们现在已经证明,下沉会增强降解过程。”

Alcolombri是Roman Stocker研究小组刚刚在《自然地球科学》杂志上发表的一项研究的第一作者。在他们的调查中,研究人员使用了一种聪明的方法:他们没有追踪海洋中下沉的粒子,而是将单个毫米的颗粒放在一个地方,将海藻酸钠颗粒大小调整到微流控室中,然后将人工海水泵入其中。Alcolombri说:“在我们的实验中,海洋雪并没有穿过海洋,而是被海水冲刷在海洋雪的周围,但是相对速度是相同的。”

研究人员在海藻酸盐颗粒上种植了转基因绿色植物-发光细菌。当水流经腔室时,这些颗粒的分解速度要快得多;在静水中分解所需时间约为10倍。这是因为流动的水冲走了降解产物,让细菌的酶直接作用于颗粒,而不必花时间分解已经分解的分子。

根据这些观察结果,Alcolombri和他的同事们设计了一个新的生物碳泵模型,该模型考虑了下沉对海洋雪花降解的影响。模型计算表明了两件事:首先,由于下沉导致的颗粒降解增强使碳泵的理论传输效率降低了两倍。其次,大部分死藻在海洋最上层分解——这与海洋中实际碳通量的测量结果一致。

图二

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微小的事物,巨大的影响

该团队的研究并非旨在提高生物碳泵的性能:“我们感兴趣的是收集对自然过程的基本理解;我们想知道生物泵是如何工作的。”Alcolombri说,“如果我们要更准确地预测我们的海洋将如何应对气候变化,这一点至关重要。”

事实证明,海洋雪的降解速率——以及间接的全球大气中二氧化碳含量——是由微观传输动力学决定的。这再一次表明,即使是环境中最微小的事物也会影响全局。

 

 

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