کربن آبی چیست و چرا مهم است؟

چرخه کربن و کربن آبی

عنصر کربن برای همه اشکال حیات حیاتی است. چرخه کربن بین جو و سطح زمین. کربن محلول در دریا وجود دارد که توسط موجودات زنده در بدن آنها ذخیره می شود، در خاک مدفون می شود و در سنگ ها ذخیره می شود و در چرخه کربن، کربن بین این منابع حرکت می کند. در جو، کربن به صورت گاز دی اکسید کربن (CO ₂ ) وجود دارد. در خشکی، CO2 _می تواند توسط گیاهان در فرآیندی به نام فتوسنتز استفاده شود. در فتوسنتز، گیاهان از نور خورشید برای تبدیل CO ₂ به غذا استفاده می کنند و از آن برای ساختن بافت گیاهی جدید استفاده می کنند. از طریق تنفس گیاه به اتمسفر بازگردانده می شود _{مقداری از کربن موجود در گیاهان به صورت CO 2} . گیاهان می توانند توسط حیوانات خورده شوند، که CO2 را دوباره به جو تنفس می کنند _و از مقداری کربن باقی مانده گیاهی برای ساختن بدن خود استفاده می کنند. هنگامی که گیاهان و حیوانات می میرند، کربن موجود در بدن آنها به عنوان CO2 به اتمسفر بازگردانده می شود _زیرا باکتری ها موجودات مرده را تجزیه می کنند. درختان با عمر طولانی یا گیاهان و حیواناتی که در تالاب‌ها دفن شده‌اند می‌توانند کربن را جدا کنند که به معنای حذف آن از چرخه کربن برای بیش از یک قرن است. در طی دوره های زمانی طولانی، فشار می تواند این کربن مدفون را به نفت، زغال سنگ یا سنگ هایی مانند سنگ آهک تبدیل کند. فعالیت های آتشفشانی یا سوزاندن سوخت های فسیلی توسط انسان می تواند این کربن جدا شده را به عنوان CO به جو بازگرداند. ₂ . سپس CO2 _. از جو می تواند در دریا حل شود و در آنجا چرخه می تواند دوباره شروع شود

کربن آبی

بخشی از چرخه کربن است که شامل حیات دریایی است. این قسمت از چرخه در سه مرحله اتفاق می افتد. گیاهان دریایی مانند جلبک دریایی و جلبک های کوچک به نام فیتوپلانکتون

اتمسفر را جذب می کنند _{CO 2} هنگام انجام فتوسنتز، . این به عنوان جذب کربن آبی شناخته می شود

. حیوانات قطبی این فیتوپلانکتون ها و جلبک های دریایی را می خورند و از کربن موجود در این گیاهان برای ساختن بافت ها و اسکلت های خود استفاده می کنند. این به عنوان ذخیره کربن آبی شناخته می شود. ارگانیسم هایی با نسبت بالایی از اسکلت، مانند مرجان ها، شانس بیشتری برای محافظت از کربن در برابر تجزیه باکتری ها در هنگام مرگ دارند. گفته می شود که این موجودات کربن را بی حرکت می کنند. هنگامی که کربن آبی بیش از 100 سال از چرخه کربن حذف می شود، به عنوان مثال زمانی که حیات دریایی می میرد و در بستر دریا مدفون می شود، این مرحله نهایی ترسیب کربن آبی نامیده می شود.

.

غرق کربن و بازخوردها در آب و هوای در حال تغییر

گازهای گلخانه ای، مانند CO ₂ و متان (CH ₄ ) به به دام انداختن گرما در جو زمین کمک می کنند. اتمسفر شده است _{استفاده ما از سوخت های فسیلی باعث افزایش CO 2} که گرما را در نزدیکی زمین به دام می اندازد و سیاره ما را گرم می کند. در نتیجه، مناطق قطبی برف و یخ را از دست می دهند [ 1 ]. زمین تیره تر از سفیدی یخ است، بنابراین مناطق عاری از یخ گرما را سریعتر جذب می کنند و این به نوبه خود برف و یخ بیشتری را ذوب می کند. این مکانیسم بازخورد مثبت نامیده می شود که گرم شدن آب و هوا را تشدید می کند. با این حال، از دست دادن یخ همچنین فضای جدیدی را برای زندگی گیاهان یا حیوانات آزاد می کند. از آنجایی که گیاهان و حیوانات کربن را برای ساختن بدن خود مصرف می کنند، نمونه هایی از سینک های کربن هستند. سینک کربن ناحیه ای است که در آن انباشته خالص کربنی وجود دارد که از اتمسفر به دست آمده است (مانند رشد فراوان ریز جلبک ها، شکوفایی جلبکی). گیاهان از CO ₂ جو برای رشد استفاده می کنند، بنابراین فضاهای جدید بدون یخ منجر به کاهش کربن اتمسفر می شود و گرمایش آب و هوا را کاهش می دهد – به این بازخورد منفی می گویند.

مکانیسم [ 2 ]. به این ترتیب، دریا می تواند بازخورد منفی زیادی برای گرم شدن آب و هوا ارائه دهد [ 3 ].

رسوب کربن معمولاً از طریق دفن گیاهان یا حیوانات در رسوبات مرطوب اتفاق می افتد. به همین دلیل است که بیشتر فسیل‌ها در سنگ‌هایی یافت می‌شوند که زمانی رسوبات بستر دریا، کف دریاچه‌ها یا باتلاق‌ها بودند. در دریا، زمانی که کمتر سطح دریای قطبی در زمستان یخ می زند، بازخورد منفی می تواند اتفاق بیفتد و در نتیجه نور بیشتری به آب نفوذ می کند تا فیتوپلانکتون ها برای مدت طولانی تری رشد کنند. هنگامی که فیتوپلانکتون ها می میرند، برخی از آنها در بستر دریا مدفون می شوند و کربن را جدا می کنند. برخی دیگر توسط حیوانات خورده می شوند و برخی از این حیوانات نیز در نهایت در بستر دریا دفن می شوند. بنابراین، گرم شدن گازهای گلخانه ای می تواند منجر به کاهش یخ دریا در زمستان شود، که منجر به جذب کربن بیشتر در بسترهای قطبی می شود و در نتیجه CO ₂ اتمسفر را کاهش می دهد . یخچال های طبیعی در حال عقب نشینی فضای بیشتری را برای نور و زندگی دریایی آزاد می کنند و بازخورد منفی مشابهی را ایجاد می کنند. گرم شدن آب و هوا همچنین می تواند باعث تغییرات عمده در قفسه های یخ شود. قفسه های یخی جایی هستند که کلاهک های یخی قطبی به دریا می رسند و به شکل رودخانه های یخ زده و عظیم شناور به آن می ریزند. قفسه های یخی گسترده در امتداد شبه جزیره قطب جنوب در لبه دریا شکسته شده و کوه های یخی غول پیکر را تشکیل می دهند. این نه تنها مناطق جدیدی را برای جذب و ذخیره کربن برای زندگی باز می کند، بلکه با دور شدن کوه های یخ در جریان، مواد مغذی را آزاد می کنند. این مواد مغذی، مانند آهن منجمد شده از گرد و غبار روی زمین، فیتوپلانکتون‌ها را در سایر نقاط اقیانوس بارور می‌کنند. 4 ]. کوه های یخ همچنین می توانند با بستر دریا برخورد کنند که به آن آبشستگی یخ می گویند

، خرد کردن بنتوس ها باعث می شود که کربن دوباره به چرخه کربن برگردد. پروژه های بزرگ، مانند برنامه تغییر اقیانوس منجمد شمالی ( https://www.changing-arctic-ocean.ac.uk/ )، تیم هایی از دانشمندان را گرد هم می آورد تا سعی کنند تغییرات فیزیکی و بیولوژیکی ناشی از گرم شدن آب و هوا

چگونه کربن آبی را اندازه گیری کنیم؟

به منظور تعیین اینکه آیا از دست دادن یخ دریا بر میزان کربن آبی تأثیر می گذارد یا خیر، ابتدا باید مکان های نمونه برداری را با دقت انتخاب می کردیم. مکان‌های نمونه‌برداری انتخاب شده برای مطالعه در حال تغییر بستر اقیانوس‌های قطبی (ChAOS) طول دریای بارنتز را در بر می‌گیرد ( شکل 1 )، زیرا اندازه‌گیری در مکان‌هایی که مقادیر متفاوتی از یخ‌های دریای گذشته و حال دارند، مهم است. از جهات دیگر، مکان های انتخاب شده کاملا مشابه هستند، به عنوان مثال از نظر عمق آب و ویژگی های بستر دریا. این شباهت ها تفسیر هر گونه تفاوت بین کربن آبی موجود در این مکان ها را آسان تر می کند. نمونه برداری هر تابستان انجام می شود، زمانی که آسان ترین زمان برای کشتی ها برای سفر از طریق دریای بارنتز است. نمونه برداری از همه سایت ها در یک زمان از سال نیز به کاهش تفاوت های پیچیده بین سایت ها کمک می کند.

فیتوپلانکتون‌ها را می‌توان در نمونه‌های آب یا شبکه‌های پلانکتون جمع‌آوری کرد و برای اطمینان از بررسی حجم دقیق آب، دقت لازم است تا بتوان چگالی و جرم در حجم را محاسبه کرد. چگالی، اندازه، و هویت حیات در بستر دریا (که در غیر این صورت به عنوان بنتوس شناخته می شود

) را می توان با استفاده از عکس های یک دوربین با وضوح بالا که روی سه پایه به بستر دریا پایین می آید، تعیین کرد. ارگانیسم ها را می توان در نمونه های رسوب نیز جمع آوری کرد. سپس از آزمایش های شیمیایی برای بررسی میزان کربن موجود در هر عمق استفاده می شود. حیوانات به گونه ای خشک و وزن می شوند که به دانشمندان امکان می دهد محاسبه کنند که چه مقدار از وزن از بافت نرم و چه مقدار از اسکلت تشکیل شده است. در هر مکان، نمونه‌های زیادی گرفته می‌شود تا تغییرات در عوامل محیطی، مانند دمای دریا، جریان آب، شوری، اکسیژن محلول، مواد بستر دریا (مانند سنگ‌ها، ماسه یا گل) و ناهمواری بستر دریا امکان‌پذیر باشد.

نمونه برداری چه چیزی می تواند در مورد کربن آبی به ما بگوید؟

روش نمونه‌برداری که در بالا توضیح داده شد می‌تواند اطلاعات زیادی در مورد میزان کربن موجود در موجودات با انواع و اندازه‌های مختلف از مکان‌های مختلف ارائه دهد. این روش همچنین می تواند اطلاعاتی در مورد تعداد یا چگالی هر نوع ارگانیسم ارائه دهد. سپس می توان محاسباتی را در مورد مقدار کربن موجود در هر نمونه در هر مکان انجام داد. اگر نمونه 1 شامل سه صدف، 10 کرم و یک ستاره دریایی باشد، کربن برای هر نوع ارگانیسم را می توان جمع کرد و همه موجودات را جمع کرد تا یک کل کلی بدست آید. هنگامی که این اطلاعات وارد یک صفحه گسترده یا پایگاه داده می شود، می توان این اطلاعات را برای ارائه جزئیات در مورد کربن آبی موجود در موجودات تجزیه و تحلیل کرد.

از این داده ها می توان به سوالات زیادی پاسخ داد. در شکل 2 ، پاسخ دو مورد از این سوالات را می بینید: چه مقدار از کربن موجود در فیتوپلانکتون توسط بنتوس ها خورده می شود. و چه مقدار از کربن موجود در بستر دریا مدفون می شود؟

بسیاری از سؤالات دیگر را می توان با استفاده از تکنیک نمونه برداری که توضیح دادیم پاسخ داد، از جمله اینکه کربن ذخیره شده توسط بنتوس ها در داخل و بین سایت ها چقدر متفاوت است و کربن آبی بستر دریا بین مناطق مختلف قطبی چگونه متفاوت است؟ همه این اطلاعات زمینه و درک زمینه اصلی مورد علاقه ما را فراهم می کند: کربن آبی قطبی چگونه به تلفات یخ دریا پاسخ می دهد، و این برای قدرت کربن آبی به عنوان یک بازخورد منفی در مورد تغییرات آب و هوا چه معنایی دارد؟

چه چیز دیگری آموخته ایم؟

کار تا به امروز نشان داده است که کربن آبی به طور قابل توجهی در بسترهای قطبی متفاوت است. بسیار زیاد است در اطراف قطب جنوب غربی تغییر کمی در کربن آبی در طول زمان در برخی دریاها مانند دریای آموندسن وجود دارد، اما در برخی دیگر مانند دریای ودل [ 2 ، 5 ] ( شکل 3 ). تغییرات در کربن آبی ممکن است ناشی از باد (دریای راس)، تلفات یخ دریا (دریای اسکوشیا) یا دمای دریا (گرجستان جنوبی) باشد. رشد حیوانات دریایی در دهه گذشته در آب های کم عمق، جایی که حیوانات نزدیک به غذای فیتوپلانکتونی خود هستند، بیشترین افزایش را داشته است [ 3 ]. با این حال، شست و شوی کوه یخ (برخورد کوه یخ با بستر دریا) نیز افزایش یافته است، که رشد جدید بنتوس ها را در کم عمق شکسته و از انباشته شدن آن در بستر دریا جلوگیری می کند. در آب های عمیق تر، رشد بنتوس ها در دهه گذشته کمتر افزایش یافته است، اما آبشستگی کوه یخ در عمق زیر 100 متر نادر است. بنابراین، اگرچه افزایش رشد بنتوس ها در آب های عمیق کمتر از آب های کم عمق است، نادر بودن شست و شوی کوه یخ در عمق آب به این معنی است که این افزایش های کوچک در نهایت احتمال دفن و در نتیجه جدا شدن دارند. کوه های یخ غول پیکر که قفسه های یخ را می شکند، باعث رشد فیتوپلانکتون ها شده و به افزایش کربن آبی کمک می کنند. ایجاد 5000 کیلومتر ² کوه یخ کربن آبی را 1 میلیون تن افزایش می دهد – این مانند حذف خروجی اگزوز خودرو از 400000 خودرو برای یک سال است [ 5 ]. درک کربن آبی می تواند به دانشمندان کمک کند تا به سیاست گذاران و سیاستمداران توصیه کنند که چگونه میزان کربن اتمسفر را کاهش دهند، که ممکن است برای محافظت از سیاره ما در برابر گرم شدن خطرناک آب و هوا مفید باشد.

واژه نامه

کربن آبی : ↑ کربن ذخیره شده توسط جانداران دریایی.

فیتوپلانکتون : ↑ گیاهان کوچک یا جلبک های کوچک که کربن را جذب می کنند.

جذب کربن : ↑ تثبیت گاز دی اکسید کربن در انبار دور از جو زمین.

ترسیب کربن : ↑ حذف کربن از چرخه کربن (مثلاً با دفن).

بازخورد منفی : ↑ کاهش یا (کاهش) یک اثر توسط تأثیر خود.

آبشستگی یخ : ↑ برخورد بین کوه های یخ و بستر دریا.

بنتوس : ↑ موجودات زنده (عمدتاً حیوانات) که در بستر دریا زندگی می کنند.

تضاد منافع

نویسنده اعلام می کند که این تحقیق در غیاب هر گونه روابط تجاری یا مالی که می تواند به عنوان تضاد منافع بالقوه تعبیر شود، انجام شده است.

قدردانی ها

از همه شرکت کنندگان برنامه NERC Changing Arctic Oceans JR17001 قدردانی شد. در نهایت از داوران، یک مربی علمی برای داوران، و جو بارنز برای بهبود چشمگیر متن دست‌نوشته تشکر می‌کنیم.