Morski śnieg i biologiczna pompa węglowa – jak nowe badania zmieniają rozumienie eksportu węgla z powierzchni oceanu

Choć powierzchnia oceanu wydaje się spokojna i przewidywalna, to pod nią kryje się fascynujący świat procesów, które mają ogromny wpływ na klimat całej planety. Jednym z nich jest biologiczna pompa węglowa – naturalny mechanizm pozwalający oceanom zatrzymywać dwutlenek węgla na długie lata. W jej centrum znajduje się zjawisko, które przez długi czas pozostawało dla naukowców zagadką. Dopiero najnowsze badania pozwalają nam lepiej zrozumieć, jak niewidoczne gołym okiem cząstki przenoszą węgiel z powierzchni wód aż do głębin oceanu.

 

Dlaczego to takie ważne?

• Oceany są największym rezerwuarem węgla na Ziemi.
• To, ile CO₂ trafi do głębin, ma kluczowe znaczenie dla tempa zmian klimatycznych.
• Nowe technologie pozwalają naukowcom śledzić ten proces z niespotykaną dotąd precyzją.

Śnieg morski – niewidzialny łącznik w cyklu węglowym oceanu

Przez lata naukowcy zastanawiali się, jak dokładnie węgiel „wędruje” z powierzchni oceanu do jego najgłębszych warstw. Okazało się, że kluczową rolę odgrywają tu mikroskopijne cząsteczki, które powoli opadają na dno, tworząc to, co badacze nazwali „morskim śniegiem”. To właśnie te drobiny – pochodzące z resztek planktonu, fragmentów roślin, śluzu i innych szczątków organicznych – są nośnikiem węgla, pozwalającym na jego trwałe magazynowanie w głębinach.

 

Colleen Durkin, która od lat bada to zjawisko, podkreśla:
„Oceany eksportują węgiel na masową skalę, a wszystko to napędzane jest przez maleńki fitoplankton. Mikroskopijne procesy przekładają się na globalny wpływ”.  

 

Biologiczna pompa węglowa i eksport węgla z powierzchni oceanu

Podstawą tego procesu jest fitoplankton – mikroskopijne rośliny, które dzięki fotosyntezie pochłaniają dwutlenek węgla z atmosfery. Kiedy fitoplankton obumiera lub zostaje zjedzony przez inne organizmy, jego szczątki łączą się w opadające cząstki morskiego śniegu. To właśnie ten powolny opad sprawia, że węgiel może być wycofany z atmosfery i „zamknięty” w głębinach na setki lat.

 

Przez długi czas naukowcy analizowali głównie zbiorcze próbki, co utrudniało dokładne śledzenie, jak i które cząstki rzeczywiście transportują węgiel w dół. Dopiero ostatnie lata przyniosły przełom dzięki nowym technologiom.

 

 

Program EXPORTS – przełom w badaniach transportu węgla

Program EXPORTS (Export Processes in the Ocean from Remote Sensing) to jedno z najbardziej ambitnych współczesnych przedsięwzięć naukowych, mających na celu zrozumienie, jak oceany magazynują węgiel i jak ten proces wpływa na klimat Ziemi. To projekt, który łączy biologię, chemię, oceanografię, genetykę, technologię satelitarną i modelowanie matematyczne – czyli praktycznie wszystkie najważniejsze narzędzia współczesnej nauki o oceanach.

 

Co wyróżnia EXPORTS?

• Skala badań – program objął dwa strategiczne regiony: Północny Atlantyk i Północny Pacyfik, gdzie przeprowadzono szeroko zakrojone ekspedycje badawcze.
• Zespół międzynarodowy – w projekt zaangażowano setki naukowców z różnych krajów, którzy współpracowali na pokładach nowoczesnych statków badawczych.
• Nowoczesne technologie – wykorzystano m.in. pułapki sedymentacyjne, autonomiczne pojazdy podwodne, sensory chemiczne, systemy pobierania próbek oraz zaawansowane kamery do rejestracji cząstek morskiego śniegu.

Jak wyglądały badania w praktyce? Naukowcy przez wiele tygodni zbierali próbki z różnych głębokości – od powierzchni aż po kilkaset metrów pod wodą. Każda cząstka morskiego śniegu była analizowana pod kątem składu chemicznego i genetycznego, co umożliwiło precyzyjną identyfikację, z jakich organizmów powstała i jaką rolę odgrywa w transporcie węgla.

„To było jak rozwiązywanie ogromnej układanki – każda próbka dostarczała kolejnego fragmentu obrazu, jak węgiel przemieszcza się przez ocean” – podkreśla Colleen Durkin, jedna z głównych badaczek programu.

 

Sekwencjonowanie DNA – nowy wymiar badania oceanów

Prawdziwą rewolucję przyniosło zastosowanie sekwencjonowania DNA. Dzięki tej technologii naukowcy mogli nie tylko określić, jakie mikroorganizmy są obecne w cząstkach morskiego śniegu, ale również śledzić ich pochodzenie i udział w cyklu węglowym. To pozwoliło zidentyfikować dwie grupy fitoplanktonu – okrzemki i fotosyntetyczne Hacrobia – jako kluczowe dla skutecznego eksportu węgla w głąb oceanu.

 

„Koncentrując się na pojedynczych cząsteczkach, odkryliśmy zaskakujące powiązania, które mogą zrewolucjonizować pomiary i monitorowanie eksportu węgla z oceanów” – mówi Durkin.

 

 

Obserwacje satelitarne – globalna perspektywa

Ważnym elementem programu są także obserwacje satelitarne. Satelity, takie jak NASA PACE, umożliwiają śledzenie zakwitów fitoplanktonu na ogromnych obszarach oceanu w czasie rzeczywistym. Połączenie tych danych z analizami DNA pozwala przewidywać, gdzie i kiedy eksport węgla do głębin będzie najbardziej efektywny.

 

Sasha Kramer, współautorka badań, zwraca uwagę:
„Opracowaliśmy model predykcyjny eksportu węgla, który łączy zbiorowiska fitoplanktonu powierzchniowego z mechanizmami ekologicznymi zachodzącymi w głębinach oceanu. Model ten pozwoli lepiej przewidywać skutki zmian klimatu i oceniać skuteczność przyszłych interwencji klimatycznych w oceanach”.

Praktyczne znaczenie EXPORTS

• Pozwala naukowcom lepiej prognozować rolę oceanów w globalnym bilansie węglowym.
• Umożliwia precyzyjniejsze modelowanie klimatu i przewidywanie skutków zmian środowiskowych.
• Daje podstawy do oceny skuteczności przyszłych działań na rzecz ochrony klimatu, np. poprzez zarządzanie zakwitami fitoplanktonu czy ochronę bioróżnorodności morskiej.
  

EXPORTS to nie tylko nauka – to narzędzie do lepszego zrozumienia i ochrony naszej planety. Dzięki integracji najnowocześniejszych technologii i międzynarodowej współpracy, program ten wyznacza nowe standardy w badaniach oceanicznych i daje nadzieję na skuteczniejsze działania wobec kryzysu klimatycznego.

 

Fitoplankton pod lupą 

Współczesna nauka daje nam narzędzia, które jeszcze dekadę temu wydawały się niewyobrażalne. Dzięki połączeniu analiz genetycznych i obserwacji satelitarnych naukowcy mogą dziś nie tylko śledzić zakwity fitoplanktonu z kosmosu, ale także przewidywać, jak efektywnie ocean transportuje węgiel w głąb.

 

Najważniejsze odkrycia:

• Obie kluczowe grupy fitoplanktonu można wykrywać zarówno metodami DNA, jak i z orbity.
• Satelity, takie jak NASA PACE, pozwalają na globalny monitoring tych procesów.
• Dzięki temu modele klimatyczne mogą być znacznie bardziej precyzyjne.
  

Sasha Kramer podkreśla:
„Opracowaliśmy model predykcyjny eksportu węgla, który łączy zbiorowiska fitoplanktonu powierzchniowego z mechanizmami ekologicznymi zachodzącymi w głębinach oceanu. Model ten pozwoli lepiej przewidywać skutki zmian klimatu i oceniać skuteczność przyszłych interwencji klimatycznych w oceanach”.  

 

Znaczenie odkryć dla przyszłości klimatu

Nowe podejście sprawia, że naukowcy mogą coraz precyzyjniej monitorować oceaniczny cykl węglowy i lepiej rozumieć, jak zmiany w ekosystemie wpływają na klimat Ziemi.

„Reagowanie na kryzys klimatyczny będzie wymagało znacznego postępu w monitorowaniu ekosystemu oceanicznego. Musimy znaleźć nowe sposoby obserwacji procesów zachodzących w skali mikroskopowej i zintegrować tę perspektywę z czynnikami klimatycznymi zachodzącymi w skali globalnej” – podsumowuje Colleen Durkin.

 

Te odkrycia mogą okazać się kluczowe dla skutecznej walki ze zmianami klimatycznymi i rozwoju strategii ochrony środowiska opartych na nauce.  Dzięki połączeniu badań genetycznych, chemicznych i satelitarnych naukowcy są coraz bliżej pełnego zrozumienia, jak śnieg morski i biologiczna pompa węglowa wpływają na klimat Ziemi. To kolejny krok do skuteczniejszego przewidywania zmian klimatycznych i rozwoju działań, które mogą naprawdę chronić naszą planetę.

Źródło: MBARI, NASA EXPORTS,  ISME Journal