Кембридж, Поскольку мир борется за декарбонизацию, становится все более очевидным, что нам необходимо как быстро сокращать выбросы, так и активно удалять углекислый газ (CO₂) из атмосферы. В последнем докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата рассмотрено 230 путей удержания глобального потепления ниже 1,5°C. Все необходимое удаление CO₂.
Некоторые из наиболее многообещающих технологий удаления CO₂, получающих государственное финансирование в США, Великобритании и Австралии, направлены на увеличение огромного потенциала хранения углерода в океане. К ним относятся удобрение крошечных растений и изменение химического состава океана.
Подходы, основанные на океане, набирают популярность, потому что они потенциально могут хранить углерод за десятую часть стоимости «прямого улавливания воздуха», когда CO₂ всасывается из воздуха с помощью энергоемкого оборудования.Но морской углеродный цикл гораздо сложнее предсказать. Ученые должны разгадать множество сложных природных процессов, которые могут изменить эффективность, действенность и безопасность удаления CO₂ из океана, прежде чем оно сможет начаться.
В нашем новом исследовании мы подчеркиваем удивительно важный механизм, который ранее игнорировался. Если методы удаления CO₂ изменят аппетит крошечных животных, находящихся в основании пищевой цепи, это может кардинально изменить количество фактического запаса углерода.
Крошечные морские формы жизни, называемые планктоном, играют огромную роль в круговороте углерода в океане. Эти микроскопические организмы дрейфуют океанскими течениями, перемещая захваченный углерод по морям.Как и растения на суше, фитопланктон использует солнечный свет и CO₂ для роста посредством фотосинтеза.
Зоопланктон, с другой стороны, — это крошечные животные, которые в основном питаются фитопланктоном. Они бывают разных форм и размеров. Если поместить их в ряд, можно подумать, что они пришли с разных планет.
Несмотря на все это разнообразие, зоопланктон имеет очень разные аппетиты. Чем они голоднее, тем быстрее едят.Несъеденный фитопланктон (и фекалии зоопланктона) могут опускаться на большую глубину, удерживая углерод в атмосфере на протяжении веков. Некоторые даже опускаются на морское дно, в конечном итоге превращаясь в ископаемое топливо.
Этот перенос углерода из атмосферы в океан известен как «биологический насос». Он удерживает сотни миллиардов тонн углерода в океане и вне атмосферы. Это соответствует примерно 400 ppm CO₂ и температуре охлаждения 5°C!
В нашем новом исследовании мы хотели лучше понять, как аппетит зоопланктона влияет на биологический насос.Сначала нам нужно было выяснить, как аппетиты зоопланктона различаются в разных частях океана.
Мы использовали компьютерную модель для моделирования сезонного цикла роста популяции фитопланктона. В основе этого лежит баланс размножения и смерти. Модель очень хорошо имитирует размножение.
Аппетиты зоопланктона во многом определяют уровень смертности. Но модель не так хороша для моделирования уровня смертности, поскольку у нее недостаточно информации о аппетитах зоопланктона.Поэтому мы протестировали десятки различных аппетитов, а затем сверили наши результаты с реальными данными.
Чтобы получить глобальные наблюдения за сезонными циклами фитопланктона без использования флота кораблей, мы использовали спутниковые данные. Это возможно, хотя фитопланктон крошечный, поскольку его светоулавливающие пигменты видны из космоса.
Мы запустили модель в более чем 30 000 местах и обнаружили, что аппетиты зоопланктона сильно различаются. Это означает, что все эти различные типы зоопланктона не распределены равномерно по океану. Кажется, они собираются вокруг своих любимых видов добычи.В нашем последнем исследовании мы показываем, как это разнообразие влияет на биологический насос.
Мы сравнили две модели: одну с двумя типами зоопланктона, а другую с неограниченным количеством зоопланктона — каждая с разными аппетитами, каждая из которых индивидуально настроена на свою уникальную среду обитания.
Мы обнаружили, что включение реалистичного разнообразия зоопланктона снижает мощность биологического насоса на миллиард тонн углерода каждый год. Это плохо для человечества, потому что большая часть углерода, который не попадает в океан, попадает обратно в атмосферу.Не весь углерод в телах фитопланктона погрузился бы достаточно глубоко, чтобы быть изолированным от атмосферы. Но даже если бы это сделала только четверть, после перевода в CO₂ это могло бы соответствовать годовым выбросам всей авиационной отрасли.
Многие океанические технологии удаления CO₂ изменят состав и численность фитопланктона.
Технологии биологического удаления CO₂ из океана, такие как «удобрение океана железом», направлены на увеличение роста фитопланктона. Это немного похоже на разбрасывание удобрений в вашем саду, но в гораздо большем масштабе: флот кораблей сеет железо через океан.Цель состоит в том, чтобы удалить CO₂ из атмосферы и перекачать его в глубины океана. Однако, поскольку некоторые фитопланктоны жаждут железа больше, чем другие, кормление их железом может изменить состав популяции.
Альтернативно, небиологические технологии удаления CO₂ на основе океана, такие как «повышение щелочности океана», смещают химический баланс, позволяя большему количеству CO₂ растворяться в воде до того, как она достигнет химического равновесия. Однако наиболее доступными источниками щелочности являются минералы, в том числе питательные вещества, которые способствуют росту одних фитопланктона по сравнению с другими.
Если эти изменения в фитопланктоне благоприятствуют разным типам зоопланктона с разным размером аппетита, они, вероятно, изменят силу биологического насоса. Это может поставить под угрозу или дополнить эффективность океанских технологий удаления CO₂.Развивающимся частным компаниям по удалению CO₂ потребуется аккредитация надежных реестров компенсации выбросов углерода. Это означает, что они должны продемонстрировать, что их технология может:
Удаление углерода на сотни лет (постоянство)
Избегайте серьезных воздействий на окружающую среду (безопасность)Поддаваться точному мониторингу (проверке).
В море неопределенности пришло время океанографам установить необходимые стандарты.
Наше исследование показывает, что технологии удаления CO₂, которые меняют сообщества фитопланктона, также могут привести к изменениям в хранении углерода, изменяя аппетит зоопланктона. Нам необходимо лучше понять это, прежде чем мы сможем точно предсказать, насколько хорошо эти технологии будут работать и как мы должны их контролировать.Это потребует огромных усилий для преодоления проблем наблюдения, моделирования и прогнозирования динамики зоопланктона. Но отдача огромна. Более надежная нормативно-правовая база могла бы проложить путь к развивающейся индустрии удаления CO₂ стоимостью в триллион долларов, морально необходимой. (Разговор)
РУП
Некоторые из наиболее многообещающих технологий удаления CO₂, получающих государственное финансирование в США, Великобритании и Австралии, направлены на увеличение огромного потенциала хранения углерода в океане. К ним относятся удобрение крошечных растений и изменение химического состава океана.
Подходы, основанные на океане, набирают популярность, потому что они потенциально могут хранить углерод за десятую часть стоимости «прямого улавливания воздуха», когда CO₂ всасывается из воздуха с помощью энергоемкого оборудования.Но морской углеродный цикл гораздо сложнее предсказать. Ученые должны разгадать множество сложных природных процессов, которые могут изменить эффективность, действенность и безопасность удаления CO₂ из океана, прежде чем оно сможет начаться.
В нашем новом исследовании мы подчеркиваем удивительно важный механизм, который ранее игнорировался. Если методы удаления CO₂ изменят аппетит крошечных животных, находящихся в основании пищевой цепи, это может кардинально изменить количество фактического запаса углерода.
Крошечные морские формы жизни, называемые планктоном, играют огромную роль в круговороте углерода в океане. Эти микроскопические организмы дрейфуют океанскими течениями, перемещая захваченный углерод по морям.Как и растения на суше, фитопланктон использует солнечный свет и CO₂ для роста посредством фотосинтеза.
Зоопланктон, с другой стороны, — это крошечные животные, которые в основном питаются фитопланктоном. Они бывают разных форм и размеров. Если поместить их в ряд, можно подумать, что они пришли с разных планет.
Несмотря на все это разнообразие, зоопланктон имеет очень разные аппетиты. Чем они голоднее, тем быстрее едят.Несъеденный фитопланктон (и фекалии зоопланктона) могут опускаться на большую глубину, удерживая углерод в атмосфере на протяжении веков. Некоторые даже опускаются на морское дно, в конечном итоге превращаясь в ископаемое топливо.
Этот перенос углерода из атмосферы в океан известен как «биологический насос». Он удерживает сотни миллиардов тонн углерода в океане и вне атмосферы. Это соответствует примерно 400 ppm CO₂ и температуре охлаждения 5°C!
В нашем новом исследовании мы хотели лучше понять, как аппетит зоопланктона влияет на биологический насос.Сначала нам нужно было выяснить, как аппетиты зоопланктона различаются в разных частях океана.
Мы использовали компьютерную модель для моделирования сезонного цикла роста популяции фитопланктона. В основе этого лежит баланс размножения и смерти. Модель очень хорошо имитирует размножение.
Аппетиты зоопланктона во многом определяют уровень смертности. Но модель не так хороша для моделирования уровня смертности, поскольку у нее недостаточно информации о аппетитах зоопланктона.Поэтому мы протестировали десятки различных аппетитов, а затем сверили наши результаты с реальными данными.
Чтобы получить глобальные наблюдения за сезонными циклами фитопланктона без использования флота кораблей, мы использовали спутниковые данные. Это возможно, хотя фитопланктон крошечный, поскольку его светоулавливающие пигменты видны из космоса.
Мы запустили модель в более чем 30 000 местах и обнаружили, что аппетиты зоопланктона сильно различаются. Это означает, что все эти различные типы зоопланктона не распределены равномерно по океану. Кажется, они собираются вокруг своих любимых видов добычи.В нашем последнем исследовании мы показываем, как это разнообразие влияет на биологический насос.
Мы сравнили две модели: одну с двумя типами зоопланктона, а другую с неограниченным количеством зоопланктона — каждая с разными аппетитами, каждая из которых индивидуально настроена на свою уникальную среду обитания.
Мы обнаружили, что включение реалистичного разнообразия зоопланктона снижает мощность биологического насоса на миллиард тонн углерода каждый год. Это плохо для человечества, потому что большая часть углерода, который не попадает в океан, попадает обратно в атмосферу.Не весь углерод в телах фитопланктона погрузился бы достаточно глубоко, чтобы быть изолированным от атмосферы. Но даже если бы это сделала только четверть, после перевода в CO₂ это могло бы соответствовать годовым выбросам всей авиационной отрасли.
Многие океанические технологии удаления CO₂ изменят состав и численность фитопланктона.
Технологии биологического удаления CO₂ из океана, такие как «удобрение океана железом», направлены на увеличение роста фитопланктона. Это немного похоже на разбрасывание удобрений в вашем саду, но в гораздо большем масштабе: флот кораблей сеет железо через океан.Цель состоит в том, чтобы удалить CO₂ из атмосферы и перекачать его в глубины океана. Однако, поскольку некоторые фитопланктоны жаждут железа больше, чем другие, кормление их железом может изменить состав популяции.
Альтернативно, небиологические технологии удаления CO₂ на основе океана, такие как «повышение щелочности океана», смещают химический баланс, позволяя большему количеству CO₂ растворяться в воде до того, как она достигнет химического равновесия. Однако наиболее доступными источниками щелочности являются минералы, в том числе питательные вещества, которые способствуют росту одних фитопланктона по сравнению с другими.
Если эти изменения в фитопланктоне благоприятствуют разным типам зоопланктона с разным размером аппетита, они, вероятно, изменят силу биологического насоса. Это может поставить под угрозу или дополнить эффективность океанских технологий удаления CO₂.Развивающимся частным компаниям по удалению CO₂ потребуется аккредитация надежных реестров компенсации выбросов углерода. Это означает, что они должны продемонстрировать, что их технология может:
Удаление углерода на сотни лет (постоянство)
Избегайте серьезных воздействий на окружающую среду (безопасность)Поддаваться точному мониторингу (проверке).
В море неопределенности пришло время океанографам установить необходимые стандарты.
Наше исследование показывает, что технологии удаления CO₂, которые меняют сообщества фитопланктона, также могут привести к изменениям в хранении углерода, изменяя аппетит зоопланктона. Нам необходимо лучше понять это, прежде чем мы сможем точно предсказать, насколько хорошо эти технологии будут работать и как мы должны их контролировать.Это потребует огромных усилий для преодоления проблем наблюдения, моделирования и прогнозирования динамики зоопланктона. Но отдача огромна. Более надежная нормативно-правовая база могла бы проложить путь к развивающейся индустрии удаления CO₂ стоимостью в триллион долларов, морально необходимой. (Разговор)
РУП
