Kotoran kecil di lautan dapat membantu melawan perubahan iklim

Memanfaatkan kebiasaan makan zooplankton, para peneliti bertujuan untuk meningkatkan penyerapan karbon samudera dengan memperkenalkan partikel tanah liat pada diet mereka, secara signifikan mempercepat pompa karbon biologis.

Sebuah studi yang dipimpin oleh Dartmouth memperkenalkan metode baru untuk merekrut triliunan makhluk laut mikroskopis yang dikenal sebagai zooplankton untuk memerangi perubahan iklim. Pendekatan ini melibatkan mengubah karbon menjadi makanan yang dapat dimakan hewan-hewan ini, dicerna, dan kemudian melepaskan feses yang diisi karbon jauh di lautan.

Metode ini memanfaatkan selera zooplankton yang tak pernah puas untuk mempercepat proses alami laut menghilangkan karbon dari atmosfer, suatu proses yang disebut sebagai pompa biologis. Temuan ini dirinci dalam makalah yang diterbitkan di Alam[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>Scientific Reports.

Enhancing the Biological Pump

It begins with spraying clay dust on the ocean’s surface at the end of algae blooms. These blooms can grow to cover hundreds of square miles and remove about 150 billion tons of carbon dioxide from the atmosphere each year, converting it into organic carbon particulates. But once the bloom dies, marine bacteria devour the particulates, releasing most of the captured carbon back into the atmosphere.

The researchers found that the clay dust attaches to carbon particulates before re-entering the atmosphere, redirecting them into the marine food chain as tiny sticky pellets the ravenous zooplankton consume and later excrete at lower depths.

“Normally, only a small fraction of the carbon captured at the surface makes it into the deep ocean for long-term storage,” says Mukul Sharma, the study’s corresponding author and a professor of earth sciences. Sharma also presented the findings on Dec. 10 at the American Geophysical Union annual conference in Washington, D.C.

“The novelty of our method is using clay to make the biological pump more efficient—the zooplankton generate clay-laden poops that sink faster,” says Sharma, who received a Guggenheim Award in 2020 to pursue the project.

“This particulate material is what these little guys are designed to eat. Our experiments showed they cannot tell if it’s clay and phytoplankton or only phytoplankton—they just eat it,” he says. “And when they poop it out, they are hundreds of meters below the surface and the carbon is, too.”

https://www.youtube.com/watch?v=f_jf6q2hiy4
Dalam percobaan laboratorium, para peneliti menemukan debu tanah liat ditangkap sebanyak 50% partikulat karbon organik sebelum mereka dapat teroksidasi menjadi karbon dioksida. Video ini menunjukkan bahwa flok tebal tanah liat dan karbon (kanan atas) tenggelam dengan cepat, mengumpulkan lebih banyak karbon organik saat jatuh melalui kolom air. Kredit: Mukul Sharma/Dartmouth

Temuan eksperimental dan dampak laut

Tim melakukan percobaan laboratorium pada air yang dikumpulkan dari Teluk Maine selama mekar ganggang 2023. Mereka menemukan bahwa ketika tanah liat menempel pada karbon organik yang dilepaskan ketika mekar mati, ia mendorong bakteri laut untuk menghasilkan semacam lem yang menyebabkan tanah liat dan karbon organik membentuk bola kecil yang disebut flok.

Flocs menjadi bagian dari smorgasbord harian partikel yang zooplankton over, lapor para peneliti. Setelah dicerna, flok yang tertanam di dalam tinja hewan tenggelam, berpotensi mengubur karbon pada kedalaman di mana ia dapat disimpan selama ribuan tahun. Bola tanah liat-karbon yang tidak dimakan juga tenggelam, bertambah besar sebagai karbon organik, serta fitoplankton yang mati dan sekarat, tetap berpegang pada mereka di jalan ke bawah, penelitian menemukan.

Dalam percobaan tim, debu tanah liat ditangkap sebanyak 50% dari karbon yang dilepaskan oleh fitoplankton mati sebelum bisa menjadi udara. Mereka juga menemukan bahwa menambahkan tanah liat meningkatkan konsentrasi partikel organik lengket – yang akan mengumpulkan lebih banyak karbon saat mereka tenggelam – dengan 10 kali. Pada saat yang sama, populasi bakteri yang memicu pelepasan karbon kembali ke atmosfer jatuh tajam di air laut yang diobati dengan tanah liat, lapor para peneliti.

Di lautan, Flocs menjadi bagian penting dari pompa biologis yang disebut Salju Laut, kata Sharma. Salju laut adalah kamar mandi yang konstan dari mayat, mineral, dan bahan organik lainnya yang jatuh dari permukaan, membawa makanan dan nutrisi ke Samudra yang lebih dalam.

“Kami menciptakan salju laut yang dapat mengubur karbon dengan kecepatan yang jauh lebih besar dengan secara khusus melekat pada campuran mineral tanah liat,” kata Sharma.

Prospek dan tantangan untuk aplikasi lapangan

Zooplankton mempercepat proses itu dengan selera mereka yang rakus dan perjalanan sehari -hari yang luar biasa yang dikenal sebagai diel vertikal migrasi. Di bawah penutup kegelapan, hewan-hewan-masing-masing berukuran sekitar tiga ratus inci-senyum ratusan, dan bahkan ribuan, kaki dari dalam satu gerakan besar untuk memberi makan dalam air yang kaya nutrisi di dekat permukaan. Skala ini mirip dengan seluruh kota berjalan ratusan mil setiap malam ke restoran favorit mereka.

Ketika hari pecah, hewan -hewan kembali ke air yang lebih dalam dengan flok di dalamnya, di mana mereka disimpan sebagai tinja. Proses yang dipercepat ini, yang dikenal sebagai transportasi aktif, adalah aspek kunci lain dari pompa biologis laut yang mencukur hari dari waktu yang dibutuhkan karbon untuk mencapai kedalaman yang lebih rendah dengan tenggelam.

Awal tahun ini, rekan penulis studi Manasi Desai mempresentasikan proyek yang dilakukan dengan Sharma dan rekan penulisnya David Fields, seorang ilmuwan peneliti senior dan ahli ekologi zooplankton di Laboratorium Bigelow untuk Ilmu Kelautan di Maine, menunjukkan bahwa tanah liat Flocs Zooplankton makan dan pengusiran Expelon memang tenggelam lebih cepat. Desai, mantan teknisi di lab Sharma, sekarang menjadi teknisi di laboratorium Fields.

Sharma berencana untuk menguji lapangan metode ini dengan menyemprotkan tanah liat pada fitoplankton mekar di lepas pantai California selatan menggunakan pesawat penanaman tanaman. Dia berharap sensor yang ditempatkan di berbagai kedalaman di lepas pantai akan menangkap betapa berbedanya jenis Zooplankton mengkonsumsi flok tanah liat-karbon sehingga tim peneliti dapat mengukur waktu dan lokasi yang optimal dengan lebih baik untuk menggunakan metode ini-dan persis berapa banyak karbon yang dikurung di dalam.

“Sangat penting untuk menemukan pengaturan oseanografi yang tepat untuk melakukan pekerjaan ini. Anda tidak bisa berkeliling tanah liat yang tidak mau membuang tanah liat di mana-mana, ”kata Sharma. “Kita perlu memahami efisiensi terlebih dahulu pada kedalaman yang berbeda sehingga kita dapat memahami tempat terbaik untuk memulai proses ini sebelum kita membuatnya bekerja. Kami belum sampai – kami berada di awal. “

Referensi: “Flokulasi Organoklay sebagai Jalur untuk Mengekspor Karbon Dari Permukaan Laut” oleh Diksha Sharma, Vignesh Gokuladas Menon, Manasi Desai, Danielle Niu, Eleanor Bates, Annie Kandel, Erik R. Zinser, David M. Fields, George A. O. 'Toole dan Mukul Sharma, 10 Desember 2024, Laporan Ilmiah.
Doi: 10.1038/s41598-024-79912-z