可以在全球范围内使用铁播种地球的海洋解决气候变化吗?

发光的浮游植物海洋

研究发现,地球上的海洋含有适量的铁;添加更多可能不会提高它们吸收二氧化碳的能力。

从历史上看,海洋承担了地球从大气中吸收二氧化碳的大部分重任。被统称为浮游植物的微生物,它们生长在阳光照射下的海洋表面,通过光合作用吸收二氧化碳,是一个关键角色。

为了帮助遏制矿物燃料燃烧产生的不断增加的二氧化碳排放,一些科学家提议在海洋中播种铁——一种可以刺激浮游植物生长的基本成分。这种“铁肥”将会培育出大量新的浮游植物,特别是在那些通常没有海洋生物的地区。

一个新的麻省理工学院研究表明,至少在全球范围内,铁施肥可能对浮游植物的生长产生重大影响。

研究人员研究了浮游植物,铁和海洋中其他营养素之间的相互作用,帮助浮游植物生长。他们的模拟表明,在全球范围内,海洋生命通过这些相互作用调整了海洋化学,不断发展的海洋铁,支持世界各地的营养成分的微妙平衡。yabovip2021

“根据我们的框架,铁施肥不能对海洋中的碳含量有显著的整体影响,因为微生物所需的铁的总量已经很合适了,”麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究科学家、主要作者乔纳森·劳德代尔说。

这篇论文的合著者是麻省理工学院的Rogier Braakman, Gael Forget, Stephanie Dutkiewicz和Mick Follows。

配体汤

浮游植物依赖于生长的熨斗主要来自粉尘扫过大陆,最终居住在海水中。虽然可以以这种方式沉积大量的铁,但大部分铁迅速下沉,未使用,到海底。

“基本问题是,海洋微生物需要熨斗成长,但铁不挂。劳德代尔说,它在海洋中的浓度是如此微小的资源,“劳德代尔说。

因此,科学家们提出用铁肥来增加铁元素的吸收。但是,如果浮游植物与某些有机化合物结合,使铁留在海洋表面,并且这些有机化合物本身是由浮游植物产生的,那么浮游植物对铁的利用率就会高得多。这些化合物被称为配体,它们构成了劳德代尔所说的“成分汤”,通常来自有机废物、死细胞或铁载体——微生物进化后专门与铁结合的分子。

对生态系统规模的这些铁捕获配体知之甚少并不多,并且团队想知道分子在调节海洋促进浮游植物的生长和最终吸收二氧化碳的能力的作用。

Braakman说:“人们已经知道配体是如何结合铁的,但还不知道在全球范围内,这样一个系统的自然属性是什么,以及这对整个生物圈意味着什么。”“这就是我们试图在这里建立的模型。”

铁甜点

研究人员阐述了诸如氮气和磷酸盐等铁,配体和磷酸盐之间的相互作用,以及这些相互作用如何影响浮游植物的全球人群,并同时地储存二氧化碳的能力。

该团队开发了一个简单的三盒式模型,每个盒子代表一般海洋环境,具有特定的铁与Macronuriver。第一个盒子代表南洋等远程水域,这通常具有从深海升空的Macronuriver的体面浓度。它们还具有低铁含量,鉴于距离任何大陆粉尘源的距离很远。

第二个盒子代表北大西洋和其他具有相反平衡的水域:铁含量高,因为接近尘土飞扬的大陆,而大量元素含量低。第三个盒子是深海的替代品,那里是磷酸盐和硝酸盐等大量营养物质的丰富来源。

The researchers simulated a general circulation pattern between the three boxes to represent the global currents that connect all the world’s oceans: The circulation starts in the North Atlantic and dives down into the deep ocean, then upwells into the Southern Ocean and returns back to the North Atlantic.

研究小组在每个盒子里设置了铁元素和大量营养素的相对浓度,然后运行这个模型来观察浮游植物在每一个盒子里10000年的生长演变。他们进行了10000次模拟,每一次都有不同的配体特性。

在他们的模拟中,研究人员确定了配体和铁之间的重要正反馈环。具有较高浓度配体的海洋也具有较高的植物浓度用于浮游植物以生长并产生更多的配体。当微生物有足够多于足够的铁来宴会时,它们尽可能多地消耗它们所需的其他营养素,例如氮和磷酸盐,直至这些营养物完全耗尽。

对于具有低配体浓度的海洋是正确的:这些具有较少的铁可用于浮游植物的生长,因此通常具有很少的生物活性,导致较少的Macronurient消费。

研究人员在他们的模拟中也观察到狭窄的配体浓度,导致甜蜜的斑点,其中只有适量的配体,使得足够的铁可用于浮游植物的生长,同时还留下了剩余的适量剩余的MACRONRIELS在所有三个海洋箱中维持全新的增长循环。

当他们将其模拟与在现实世界中的营养素,铁和配体浓度的测量进行比较时,他们发现它们的模拟甜点范围是最接近的匹配。也就是说,世界的海洋似乎只有适当的配体,因此熨斗,可用于最大限度地提高浮游植物的生长和最佳地消耗Macronrients,以自我加强和自我可持续的资源平衡。

如果科学家们要广泛施肥南海或任何其他铁耗尽水域,努力会暂时刺激浮游植物,以增长并占据该地区的所有常规营养素。但最终没有留下北大西洋等地区的任何Macronuries,这取决于这些常规营养素,以及浮游植物的铁矿床。网络结果将是北大西洋浮游植物的最终减少,全球二氧化碳的二氧化碳缺乏显着增加。

劳德代尔指出,也可能还有其他意外的效果,用铁施肥南海。

“我们必须考虑整个海洋作为这种相互连接的制度,”劳德代尔说,如果北大西洋的浮游植物要骤降,那么所有的海洋生物都会依赖于显微生物的食物链。

劳德代尔说,“南海北海北部的75%的生产南海生产的东西被南海的营养成分促进,北海海洋是大多数渔业的地方,其中许多生态系统的福利发生在那里,”劳德代尔说。“在我们倾倒大量的铁并在南洋中吸取营养成分之前,我们应该考虑下游的意外后果可能使环境情况变得更糟。”

该研究部分受到国家科学基金会,戈登和贝蒂摩尔基金会和西蒙斯基金会的支持。

1条评论关于“在全球范围内向海洋中播撒铁能解决气候变化问题吗?”

  1. “基本问题是,海洋微生物需要熨斗生长,但铁并不围着。”

    不,根本的问题是,除非微生物形成碳酸盐“壳”,否则它们的有机细胞物质就会通过有氧呼吸进行循环利用,而且它们永远不会到达海底被长期隔离。只有现代海洋中的陨石才能做到这一点,而且它们的地理分布有限。

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