کشف راز جذب کربن در مدفوعات دریایی کوچک!

روش جدیدی برای جذب زئوپلانکتون‌ها در مبارزه با تغییرات اقلیمی

یک مطالعه تحت رهبری دانشگاه دارتموث، روش جدیدی را برای جذب تریلیون‌ها موجود میکروسکوپی دریایی به نام زئوپلانکتون‌ها در مبارزه با تغییرات اقلیمی پیشنهاد می‌کند. این روش با تبدیل کربن به غذایی که این موجودات می‌خورند، هضم می‌کنند و به عمق اقیانوس به‌عنوان مدفوع پر از کربن ارسال می‌شود، کار می‌کند. طبق مقاله‌ای که در نشریه Nature Scientific Reports منتشر شده، این تکنیک از اشتهای سیری‌ناپذیر این موجودات بهره می‌برد تا به‌طور اساسی چرخه طبیعی اقیانوس برای حذف کربن از جو، که به آن پمپ بیولوژیکی گفته می‌شود، تسریع کند.

این فرآیند با اسپری کردن گرد خاک رس بر روی سطح اقیانوس در پایان شکوفایی جلبک‌ها آغاز می‌شود. این شکوفایی‌ها می‌توانند به وسعت صدها مایل مربع گسترش یابند و حدود ۱۵۰ میلیارد تن دی‌اکسید کربن را از جو حذف کرده و آن را به ذرات کربن آلی تبدیل کنند. اما وقتی شکوفایی جلبک‌ها می‌میرد، باکتری‌های دریایی این ذرات را می‌خورند و بیشتر کربن جذب‌شده دوباره به جو بازمی‌گردد.

محققان دریافتند که گرد خاک رس به ذرات کربن قبل از اینکه دوباره به جو برگردند، می‌چسبد و آن‌ها را به زنجیره غذایی دریایی هدایت می‌کند. این ذرات چسبناک کوچک توسط زئوپلانکتون‌های سیری‌ناپذیر مصرف می‌شوند و سپس در عمق‌های پایین‌تر دفع می‌شوند. موکول شارما، نویسنده مسئول این مطالعه و استاد علوم زمین، می‌گوید: “به‌طور معمول، تنها بخش کوچکی از کربن جذب‌شده در سطح به اقیانوس عمیق برای ذخیره‌سازی بلندمدت می‌رسد.”

شارما همچنین یافته‌ها را در تاریخ ۱۰ دسامبر در کنفرانس سالانه اتحادیه جغرافیای آمریکا در واشنگتن دی‌سی ارائه کرد. او می‌گوید: “نوآوری روش ما استفاده از خاک رس برای افزایش کارایی پمپ بیولوژیکی است — زئوپلانکتون‌ها مدفوعی حاوی خاک رس تولید می‌کنند که سریع‌تر غرق می‌شود.” شارما در سال ۲۰۲۰ جایزه گوگنهایم را برای پیگیری این پروژه دریافت کرده است. “این ماده ذره‌ای همان چیزی است که این موجودات کوچک برای خوردن طراحی شده‌اند. آزمایش‌های ما نشان داد که آن‌ها نمی‌توانند تشخیص دهند که آیا این خاک رس و جلبک‌های میکروسکوپی است یا فقط جلبک‌های میکروسکوپی — آن‌ها فقط آن را می‌خورند.”

او ادامه می‌دهد: “و وقتی آن را دفع می‌کنند، در صدها متر زیر سطح هستند و کربن نیز در آنجا است.” تیم تحقیقاتی آزمایش‌هایی را در آزمایشگاه بر روی آبی که از خلیج ماین در طول شکوفایی جلبک‌ها در سال ۲۰۲۳ جمع‌آوری شده بود، انجام دادند. آن‌ها دریافتند که وقتی خاک رس به کربن آلی آزادشده هنگام مرگ شکوفایی می‌چسبد، باعث می‌شود باکتری‌های دریایی نوعی چسب تولید کنند که موجب می‌شود خاک رس و کربن آلی به شکل توپ‌های کوچکی به نام فلاکس تشکیل شوند.

این فلاکس‌ها بخشی از خوراک روزانه ذراتی می‌شوند که زئوپلانکتون‌ها بر روی آن‌ها تغذیه می‌کنند. پس از هضم، فلاکس‌های موجود در مدفوع این موجودات غرق می‌شوند و به‌احتمال زیاد کربن را در اعماق دفن می‌کنند که می‌تواند برای هزاران سال ذخیره شود. توپ‌های خاک رس و کربن که خورده نمی‌شوند نیز غرق می‌شوند و در حین پایین رفتن، با جذب کربن آلی بیشتر و همچنین جلبک‌های مرده و در حال مرگ، بزرگ‌تر می‌شوند.

در آزمایش‌های تیم، گرد خاک رس تا ۵۰ درصد از کربن آزادشده توسط جلبک‌های مرده را قبل از اینکه به هوا برود، جذب کرد. آن‌ها همچنین دریافتند که افزودن خاک رس غلظت ذرات آلی چسبناک را که هنگام غرق شدن بیشتر کربن را جذب می‌کنند، تا ۱۰ برابر افزایش می‌دهد. در عین حال، جمعیت باکتری‌هایی که باعث آزادسازی کربن به جو می‌شوند، در آب دریا که با خاک رس درمان شده بود، به‌طور چشمگیری کاهش یافت.

نقش برف دریایی در پمپاژ زیستی اقیانوس

در اقیانوس، فلوک‌ها به بخشی اساسی از پمپاژ زیستی به نام برف دریایی تبدیل می‌شوند، شَرما می‌گوید. برف دریایی بارش مداوم اجساد، مواد معدنی و دیگر مواد آلی است که از سطح به پایین می‌افتند و غذا و مواد مغذی را به اعماق اقیانوس می‌آورند. شَرما می‌افزاید: “ما برف دریایی تولید می‌کنیم که می‌تواند کربن را با سرعت بیشتری دفن کند، با اتصال خاص به مخلوطی از مواد معدنی رس.”

زئوپلانکتون‌ها این فرآیند را با اشتهای سیری‌ناپذیر و سفر روزانه شگفت‌انگیز خود به نام مهاجرت عمودی روزانه تسریع می‌کنند. در پوشش تاریکی، این موجودات — که هر کدام حدود سه‌صدم اینچ اندازه دارند — در یک حرکت عظیم به ارتفاعات صدها و حتی هزاران فوت از اعماق اقیانوس بالا می‌آیند تا در آب‌های غنی از مواد مغذی نزدیک به سطح تغذیه کنند. این مقیاس به اندازه یک شهر کامل است که هر شب صدها مایل به رستوران مورد علاقه خود می‌رود.

با طلوع روز، این موجودات به آب‌های عمیق‌تر بازمی‌گردند و فلوک‌ها را درون خود به عنوان مدفوع deposit می‌کنند. این فرآیند تسریع‌شده که به آن حمل و نقل فعال گفته می‌شود، جنبه کلیدی دیگری از پمپاژ زیستی اقیانوس است که زمان رسیدن کربن به اعماق پایین‌تر را کاهش می‌دهد. اوایل امسال، ماناسی دِسای، نویسنده همکار این مطالعه، پروژه‌ای را که با شَرما و دیوید فیلدز، دانشمند ارشد و اکولوژیست زئوپلانکتون در آزمایشگاه بیگلو برای علوم اقیانوسی در ماین، انجام داده بود، ارائه کرد. این پروژه نشان داد که فلوک‌های رس که زئوپلانکتون‌ها می‌خورند و دفع می‌کنند، واقعاً سریع‌تر غرق می‌شوند.

دِسای، که قبلاً تکنسینی در آزمایشگاه شَرما بود، اکنون تکنسینی در آزمایشگاه فیلدز است. شَرما قصد دارد این روش را با اسپری کردن رس بر روی شکوفه‌های فیتوپلانکتون در سواحل کالیفرنیا جنوبی با استفاده از یک هواپیمای سمپاش آزمایش کند. او امیدوار است که حسگرهایی که در عمق‌های مختلف در دریا قرار می‌گیرند، نحوه مصرف فلوک‌های رس-کربن توسط گونه‌های مختلف زئوپلانکتون را ثبت کنند تا تیم تحقیقاتی بتواند زمان و مکان‌های بهینه برای استفاده از این روش را بهتر ارزیابی کند و دقیقاً بفهمد که چه مقدار کربن را به اعماق اقیانوس منتقل می‌کند.

شَرما می‌گوید: “یافتن شرایط اقیانوشناسی مناسب برای انجام این کار بسیار مهم است. نمی‌توان به‌طور تصادفی رس را در هر جا ریخت.” او ادامه می‌دهد: “ما باید ابتدا کارایی را در عمق‌های مختلف درک کنیم تا بهترین مکان‌ها برای آغاز این فرآیند را شناسایی کنیم قبل از اینکه آن را به کار بگیریم. ما هنوز به آنجا نرسیده‌ایم — ما در ابتدای راه هستیم.”

علاوه بر دِسای و فیلدز، شَرما با نویسندگان اصلی این مطالعه، دیکشا شَرما، پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه خود که اکنون یک فلوشیپ ماری کوری در دانشگاه سوربن در پاریس است، و وگنِش منون، که امسال مدرک کارشناسی ارشد خود را از دارتموث دریافت کرده و اکنون دانشجوی دکترا در دانشگاه گوتنبرگ سوئد است، همکاری کرده است. نویسندگان دیگر این مطالعه شامل جورج اوتول، استاد میکروبیولوژی و ایمنی‌شناسی در دانشکده پزشکی گیزل دارتموث، که بر کشت و تحلیل ژنتیکی باکتری‌ها در نمونه‌های آب دریا نظارت کرده است؛ دانیل نیو، که دکترای خود را در علوم زمین از دارتموث دریافت کرده و اکنون استاد بالینی در دانشگاه مریلند است؛ الی‌نور بی츠 ’20، که اکنون دانشجوی دکترا در دانشگاه هاوایی در مانوآ است؛ آنی کاندل، که قبلاً تکنسینی در آزمایشگاه شَرما بود؛ و اریک زینسر، استاد میکروبیولوژی در دانشگاه تنسی که بر باکتری‌های دریایی تمرکز دارد، می‌باشد.