Океаны поглощают 30% выбросов, приводимых в действие огромным углеродным насосом: крошечные морские животные играют ключевую роль в цикле, говорится в исследовании.
Океан содержит в 60 раз больше углерода, чем атмосфера, и поглощает почти 30% выбросов углекислого газа (CO₂) в результате деятельности человека. Это означает, что океан является ключом к пониманию глобального углеродного цикла и, следовательно, нашего будущего климата.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) использует модели земной системы для прогнозирования изменения климата. Эти прогнозы дают информацию для важных политических, социальных и технологических решений. Однако, если мы не сможем точно смоделировать морской углеродный цикл , мы не сможем по-настоящему понять, как климат Земли будет реагировать на различные сценарии выбросов.
В исследовании, опубликованном в журнале Communications Earth & Environment, мы показываем, что зоопланктон , крошечные животные в основе пищевой цепи океана, вероятно, является самым большим источником неопределенности в том, как мы моделируем морской углеродный цикл. Правильное их влияние на цикл может добавить дополнительные 2 миллиарда тонн к предположениям текущих моделей о ежегодном поглощении углерода океаном. Это больше углерода, чем выбрасывает весь мировой транспортный сектор.
Морской углеродный цикл — это термостат стоимостью 3 триллиона долларов
Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 10 миллиардов тонн углерода. Но океан быстро поглощает около 3 миллиардов тонн этих выбросов, делая наш климат более прохладным и гостеприимным. Если мы будем оценивать углерод по ставке, которая, по мнению МГЭИК, необходима для ограничения потепления до 1,5 ℃, это в сумме составит более 3 триллионов австралийских долларов за счет сокращения выбросов, достигаемого естественным путем океаном каждый год.
Однако мы знаем, что размер поглотителя углерода в океане в прошлом менялся, и даже небольшие изменения могут привести к большим изменениям температуры атмосферы. Таким образом, мы понимаем, что океан действует как термостат для нашего климата. Но что управляет циферблатом?
Обширные геологические данные свидетельствуют о том, что микроскопическая морская жизнь может быть под контролем. Фитопланктон фотосинтезирует и потребляет столько же CO₂, сколько и все наземные растения.
Когда фитопланктон умирает, он тонет и поглощает большую часть своего углерода глубоко в океане. Он может оставаться там от столетий до тысячелетий, надежно запертый от контакта с атмосферой.
Любые изменения мощности этого биологического углеродного насоса будут ощущаться в атмосфере и изменят наш климат . Некоторые даже предлагали усилить этот биологический насос, искусственно удобряя океан железом для стимуляции фитопланктона. Вполне возможно, что это может улавливать до 20% дополнительных ежегодных выбросов CO₂.
Правильно по неправильным причинам
Несмотря на его важность для глобального климата и производства продуктов питания, в нашем понимании того, как ожидается изменение морского углеродного цикла, существуют большие пробелы. Большинство моделей земной системы различаются тем, как основные компоненты цикла будут реагировать на изменение климата. Модели просто не могут договориться о том, что будет с:
- чистая первичная продукция — углерод, потребляемый фитопланктоном, что приводит к росту морских растений в основе пищевой сети.
- вторичная продукция – рост зоопланктона, что является индикатором для рыболовства, так как рыбы питаются зоопланктоном
- экспортная продукция — биологический насос углерода, перенесенный в морские глубины.
Чтобы диагностировать, что может пойти не так, мы сравнили морской углеродный цикл в 11 моделях земной системы IPCC. Мы обнаружили, что самый большой источник неопределенности заключается в том, насколько быстро зоопланктон поглощает свою добычу фитопланктона, что известно как давление выпаса.
Модели сильно различаются в своих предположениях об этом давлении выпаса. Даже если бы зоопланктон подвергался воздействию точно такого же количества фитопланктона, максимальная предполагаемая скорость выпаса была бы почти в 100 раз выше, чем самая низкая скорость.
Это связано с тем, что некоторые модели фактически предполагают, что океан полностью заполнен медленно пасущимися креветками. Другие предполагают, что он кишит исключительно микроскопическими, но быстро пасущимися инфузориями . На самом деле ни то, ни другое не верно.
Модели должны компенсировать такие большие различия в выпасе зоопланктона, делая дополнительные предположения о том, как быстро фитопланктон растет и как быстро зоопланктон умирает. В совокупности эти различия можно сбалансировать таким образом, чтобы большинство моделей могли моделировать современное количество углерода, потребляемого фитопланктоном и переносимого в глубокое море.
Однако это только потому, что мы можем наблюдать, какими должны быть эти значения. Затем мы можем настраивать модели, пока не удостоверимся, что они получат правильный ответ.
Тем не менее, несмотря на то, что наши лучшие модели могут превосходно воссоздать современный океан, они делают это по разным причинам и с совершенно разными предположениями о роли зоопланктона. Это означает, что эти модели построены на принципиально другом оборудовании. При использовании для проверки будущих сценариев выбросов они будут прогнозировать принципиально разные результаты.
Мы не можем знать, какие прогнозы верны, если не знаем истинную роль зоопланктона.
Крошечный планктон с большим значением
Мы провели эксперимент с чувствительностью, чтобы показать, как небольшие изменения в выпасе зоопланктона могут резко изменить круговорот углерода в морской среде. Мы рассмотрели две серии экспериментов, одну контрольную и одну, в которой мы увеличили как скорость выпаса зоопланктона, так и скорость роста фитопланктона, так что оба были настроены на точно такое же общее потребление углерода фитопланктоном.
Это увеличение того, насколько быстро зоопланктон может питаться, было лишь частью разницы между предполагаемыми скоростями выпаса, наблюдаемыми в моделях МГЭИК. Несмотря на это, мы обнаружили, что даже это небольшое увеличение приводит к огромной разнице в процентном соотношении углерода, потребляемого фитопланктоном, который в конечном итоге экспортируется на глубину и передается вверх по пищевой цепи.
Запасы углерода в океане увеличились на 2 миллиарда тонн в год. Потребление углерода зоопланктоном увеличилось на 5 млрд тонн.
С точки зрения климата это вдвое превышает максимальный теоретический потенциал удобрения железом. С точки зрения рыболовства это приводит к 50-процентному увеличению размера глобальной популяции зоопланктона, которым питаются многие рыбы. Это важно для глобального снабжения продовольствием, поскольку океан кормит 10% населения мира.
Эта работа показывает, что мы должны улучшить как наше понимание, так и моделирование зоопланктона. При ограниченных ресурсах и огромном океане у нас никогда не будет достаточно наблюдений для построения идеальных моделей. Однако новые технологии измерения зоопланктона упрощают автономные измерения многих важных переменных с высоким разрешением.
Мы должны приложить согласованные усилия, чтобы использовать эти новые технологии, чтобы лучше понять роль зоопланктона в морском углеродном цикле. Тогда мы сможем уменьшить неопределенность в отношении будущих состояний климата, расширить наши возможности по оценке удаления CO₂ в морской среде и улучшить прогнозы глобального рыболовства.
Теги: океан, экология
