Взгляд на биологический углеродный насос океана

Океаны играют ключевую роль в глобальном балансе углекислого газа. Миллиарды крошечных водорослей поглощают CO₂ в процессе фотосинтеза. Когда они отмирают, то вместе с продуктами жизнедеятельности микросуществ опускаются в глубину в виде «морского снега». Около одного процента этого углерода затем захоранивается на морском дне на тысячи лет.

Этот постоянный поток, транспортирующий углерод в глубины, называют биологическим насосом. На него влияют два противоположных процесса: осаждение органических частиц и их разложение бактериями. Современные модели океана считают скорость осаждения и скорость деградации независимыми. Однако новое исследование группы Романа Стокера из ETH Zurich, опубликованное в Nature Geoscience, показывает, что процессы разложения усиливаются при погружении частиц.

Для экспериментов ученые использовали микрофлюидную камеру с частицами альгината, имитирующими «морской снег», через которую прокачивали искусственную морскую воду. Колонизированные генномодифицированными бактериями частицы разлагались в потоке воды примерно в десять раз быстрее, чем в стоячей. Проточная вода смывает продукты распада, позволяя ферментам бактерий эффективнее работать непосредственно с частицей.

На основе этих наблюдений была разработана новая модель биологического углеродного насоса, учитывающая влияние погружения на деградацию. Расчеты показывают, что усиление разложения из-за осаждения снижает теоретическую эффективность транспорта углерода вдвое. Кроме того, значительная часть отмерших водорослей разлагается уже в верхних слоях океана, что согласуется с реальными измерениями углеродного потока.

Как отмечает первый автор работы Урия Альколомбри, исследование направлено на фундаментальное понимание естественных процессов: «Это важно, чтобы точнее предсказать, как наши океаны будут реагировать на изменение климата». Оказалось, что на скорость разложения «морского снега» и, опосредованно, на глобальное содержание CO₂ в атмосфере влияют микроскопические динамические процессы, демонстрируя, как мельчайшие факторы среды воздействуют на общую картину.