Tyrimų ekspedicijos, atliktos jūroje, naudojant besisukančią gravitacijos mašiną ir mikroskopą, nustatė, kad Žemės vandenynai gali nesugerti tiek anglies, kiek mokslininkai manė jau seniai.
Manoma, kad vandenynai sugeria maždaug 26 procentus pasaulinio anglies dioksido (CO2) išmetamų teršalų išmetant CO2 nuo atmosferos ir ją užrakina. Šioje sistemoje CO2 patenka į vandenyną, kur fitoplanktonas ir kiti organizmai jo suvartoja apie 70 proc. Kai šie organizmai galiausiai miršta, jų minkštos, mažos struktūros nugrimzta į vandenyno dugną, atrodo kaip povandeninis sniegas.
Šis „jūrinis sniegas“ atitraukia anglį nuo vandenyno paviršiaus ir sulaiko ją gelmėse tūkstantmečius, todėl paviršiniai vandenys gali ištraukti daugiau CO.2 iš oro. Tai viena geriausių natūralių anglies šalinimo sistemų Žemėje. Jis taip veiksmingai palaiko atmosferos CO2 lygiai patikrinti, kad daugelis tyrimų grupių bando patobulinti procesą naudodamos geoinžinerijos metodus.
Tačiau naujasis tyrimas, paskelbtas spalio 11 d mokslas, nustatė, kad skęstančios dalelės nenukrenta į vandenyno dugną taip greitai, kaip manė tyrėjai. Naudodami pritaikytą gravitacijos mašiną, imituojančią natūralią jūrinio sniego aplinką, tyrimo autoriai pastebėjo, kad dalelės gamina gleivių uodegas, kurios veikia kaip parašiutai, stabdydami jų nusileidimą, o kartais net pristabdydami jas.
Dėl fizinio pasipriešinimo anglis lieka viršutinėje hidrosferos dalyje, o ne saugiai išskiriama gilesniuose vandenyse. Gyvi organizmai gali sunaudoti jūros sniego daleles ir įkvėpti jų anglies atgal į jūrą. Galų gale, tai trukdo greičiui, kuriuo vandenynas nusileidžia ir išskiria papildomą CO2 iš oro.
Pasekmės yra niūrios: mokslininkų geriausi CO2 įvertinimai2 Žemės vandenynų sekvesteris gali būti toli. „Mes kalbame apie šimtus gigatonų neatitikimų, jei neįtrauksime šių jūrinių sniego uodegų“, – sako Manu Prakashas, Stanfordo universiteto bioinžinierius ir vienas iš straipsnio autorių. Darbą atliko Stanfordo, Rutgerso universiteto Naujajame Džersyje ir Woods Hole okeanografijos instituto Masačusetse mokslininkai.
Vandenynai sugeria mažiau CO2, nei tikėtasi
Mokslininkai daugelį metų kūrė skaitmeninius modelius, skirtus įvertinti anglies sekvestraciją jūroje. Prakashas teigia, kad šie modeliai turės būti pritaikyti lėtesniam jūros sniego skendimo greičiui.
Išvados taip pat turi įtakos pradedantiesiems jūrų anglies geoinžinerijos srityje. Šios įmonės naudoja tokius metodus kaip vandenyno šarmingumo didinimas, kad padidintų vandenyno gebėjimą sekvestruoti anglį. Jų sėkmė iš dalies priklauso nuo skaitinių modelių naudojimo, siekiant įrodyti investuotojams ir visuomenei, kad jų metodai veikia. Tačiau jų įvertinimai yra tokie pat geri, kaip ir naudojami modeliai bei mokslo bendruomenės pasitikėjimas jais.
„Mes kalbame apie šimtus gigatonų neatitikimų, jei neįtrauksite šių jūrinių sniego uodegų. – Manu Prakashas, Stanfordo universitetas
Stenfordo mokslininkai atrado ekspedicijoje prie Meino krantų. Ten jie rinko jūrinius pavyzdžius iš savo valties 80 metrų gylyje pakabinę spąstus. Paėmę mėginį, tyrėjai greitai išanalizavo turinį dar būdami laive naudodami rato formos mašiną ir mikroskopą.
Tyrėjai sukūrė mikroskopą su besisukančiu ratuku, kuris imituoja jūros sniegą, krintantį per jūros vandenį ilgesniais atstumais, nei būtų praktiška.Prakash laboratorija, Stanfordo universitetas
Prietaisas imituoja vertikalią organizmų kelionę dideliais atstumais. Mėginiai patenka į ratą, kurio dydis yra maždaug vintažinės plėvelės ritės dydis. Ratas nuolat sukasi, todėl kabantis jūros sniegas gali nuskęsti, o fotoaparatas fiksuoja kiekvieną jų judesį.
Aparatas prisitaiko prie temperatūros, šviesos ir slėgio, kad atitiktų jūros sąlygas. Skaičiavimo įrankiai įvertina srautą aplink skęstančias daleles, o pritaikyta programinė įranga pašalina duomenų triukšmą dėl laivo vibracijos. Kad atitiktų laivo posvyrį ir riedėjimą, tyrėjai sumontavo įrenginį ant dviejų ašių gimbalo.
Lėtesnis jūros sniegas sumažina anglies sekvestraciją
Su šia sąranka komanda pastebėjo, kad skęstantis jūros sniegas sukuria nematomą aureolės formos kometos uodegą, pagamintą iš viskoelastingo skaidraus egzopolimero – į gleives panašią parašiutą. Nematomą uodegą jie atrado pridėję mažų rutuliukų prie jūros vandens mėginio ratuke ir išanalizavę jų tekėjimą aplink jūros sniegą. „Mes nustatėme, kad karoliukai buvo įstrigę kažkaip nematomame po skęstančių dalelių“, – sako Rahul Chajwa, Stanfordo bioinžinerijos mokslų daktaras.
Uodega sukuria pasipriešinimą ir plūdrumą, padvigubinant laiką, kurį jūrinis sniegas praleidžia viršutinėje dalyje100 metrų vandenyno, padarė išvadą tyrėjai. „Tai yra sedimentacijos įstatymas, kurio turėtume laikytis“, – sako Prakashas, kuris tikisi gauti rezultatus į klimato modelius.
Tyrimas greičiausiai padės modeliams projektuoti anglies eksportą – CO transportavimo procesą2 nuo atmosferos iki giluminio vandenyno, sako Lennartas Bachas, jūrų biochemikas iš Tasmanijos universiteto Australijoje, kuris nedalyvavo tyrime. „Jų sukurta metodika yra labai įdomi ir puiku matyti naujų metodų atsiradimą šioje tyrimų srityje“, – sako jis.
Tačiau Bachas įspėja, kad rezultatai nebūtų pernelyg toli. „Nemanau, kad tyrimas pakeis anglies dioksido eksporto skaičių, kokius mes dabar žinome“, nes šie skaičiai gauti iš empirinių metodų, kurie nesąmoningai apėmė gleivių uodegos poveikį, sako jis.
Jūros sniegą gali sulėtinti skęstančių gleivių „parašiutai“, o tai gali sumažinti greitį, kuriuo pasaulinis vandenynas gali išskirti anglį gelmėse.PrakashLab / Stanfordas
Prakashas ir jo komanda mikroskopo idėją sugalvojo tyrinėdami žmogaus parazitą, galintį nukeliauti dešimtis metrų. „Mes darydavome 5–10 metrų aukščio mikroskopus ir vieną dieną, kraudamasis kelionei į Madagaskarą, patyriau „aha“ akimirką“, – sako Prakashas. „Man buvo toks klausimas: kodėl mes pakuojame visus šiuos vamzdelius? O jei abu šių vamzdžių galai būtų sujungti?
Grupė savo linijinį vamzdelį pavertė uždaru apskritu kanalu – žiurkėnų ratuku, leidžiančiu stebėti mikroskopines daleles. Per penkias ekspedicijas jūroje komanda dar labiau patobulino mikroskopo dizainą ir skysčių mechaniką, kad galėtų priimti jūros pavyzdžius, dažnai sprendžiant inžinerijos problemas būnant valtyje ir prisitaikant prie potvynių ir atviros jūros.
Be jūros sniego sedimentacijos fizikos, komanda taip pat tiria kitą planktoną, kuris gali turėti įtakos klimato ir anglies ciklo modeliams. Neseniai vykusioje ekspedicijoje prie Šiaurės Kalifornijos krantų grupė aptiko ląstelę su silicio dioksido balastu, dėl kurios jūros sniegas skęsta kaip uola, sako Prakashas.
Sumanus gravitacinis aparatas yra vienas iš daugelio taupių Prakash išradimų, tarp kurių yra origami įkvėptas popierinis mikroskopas arba „foldskopas“, kurį galima pritvirtinti prie išmaniojo telefono, ir popieriaus bei virvelių biomedicininė centrifuga, vadinama „popieriaus fuga“.
Iš jūsų svetainės straipsnių
Susiję straipsniai visame internete