Ny forskning belyser den avgörande roll som havsbottnens topografi har i lagring av koldioxid, förklarar upp till 50 % av dess variationer under de senaste 80 miljoner åren och påverkar klimatförändringsstrategier och planetära studier. Grafik som visar satellitinfångade, batymetriska data från västra Atlanten och dess havsbottenegenskaper. Kredit: NOAA:s nationella miljösatellit- och informationstjänst
Ny forskning visar att upp till 50 % av variationerna i kolbindningsdjup kan hänföras till havsbottentopografi.
Kolets kretslopp, som involverar överföring av kol mellan atmosfären, haven och kontinenter, spelar en avgörande roll för att kontrollera jordens klimat. Olika faktorer bidrar till denna cykel: vulkanutbrott och mänskliga aktiviteter släpper ut koldioxid i atmosfären, medan skogar och hav fungerar som sänkor och absorberar denna CO2. Helst balanserar detta system utsläppen och absorptionen av CO2 för att upprätthålla ett stabilt klimat. Kolbindning är en strategi som används i den pågående kampen mot klimatförändringar för att förbättra denna balans.
En ny studie visar att formen och djupet på havsbotten förklarar upp till 50 % av förändringarna i djupet där kol har hållits fast i havet under de senaste 80 miljoner åren. Tidigare har dessa förändringar tillskrivits andra orsaker. Forskare har länge vetat att havet, den största absorbatorn av kol på jorden, direkt styr mängden atmosfärisk koldioxid. Men hittills har man inte förstått exakt hur förändringar i havsbottnens topografi över jordens historia påverkar havets förmåga att binda kol.
Forskningsresultat och metodik
”Vi kunde för första gången visa att havsbottens form och djup spelar en stor roll i den långsiktiga kolcykeln”, säger Matthew Bogumil, tidningens huvudförfattare och en UCLA doktorand i jord-, planet- och rymdvetenskap.
Den långsiktiga kolcykeln har många rörliga delar som alla fungerar på olika tidsskalor. En av dessa delar är havsbottens batymetri – havsbottens genomsnittliga djup och form. Detta styrs i sin tur av kontinentens och havens relativa positioner, havsnivån samt flödet inom jordens mantel. Kolcykelmodeller kalibrerade med paleoklimatdatauppsättningar utgör grunden för forskarnas förståelse av den globala marina kolcykeln och hur den reagerar på naturliga störningar.
Grafik som visar flera havsbottenegenskaper i en skala från 0–35 000 fot under havsytan. Kredit: NOAA Office of Education
”Typiskt sett betraktar kolcykelmodeller över jordens historia havsbottens batymetri som antingen en fast eller en sekundär faktor”, säger Tushar Mittal, tidningens medförfattare och professor i geovetenskap vid Pennsylvania State University.
Den nya forskningen, publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences, rekonstruerade batymetri under de senaste 80 miljoner åren och kopplade in data till en datormodell som mäter marin kolbindning. Resultaten visade att havets alkalinitet, kalcitmättnadstillstånd och karbonatkompensationsdjupet var starkt beroende av förändringar i grunda delar av havsbotten (cirka 600 meter eller mindre) och på hur djupare marina regioner (större än 1 000 meter) är fördelade. Dessa tre åtgärder är avgörande för att förstå hur kol lagras i havsbotten.
Implikationer för klimatförändringar och planetära studier
Forskarna fann också att för den nuvarande geologiska eran, kenozoikum, stod enbart batymetri för 33 %–50 % av den observerade variationen i kolbindning och drog slutsatsen att genom att ignorera batymetriska förändringar, tillskriver forskare felaktigt förändringar i kolbindning till andra, mindre säkra faktorer, såsom atmosfärisk CO2, vattenpelarens temperatur och silikater och karbonater som tvättas ut i havet av floder.
”Att förstå viktiga processer i den långsiktiga kolcykeln kan bättre informera forskare som arbetar med marinbaserad koldioxidavlägsnande teknik för att bekämpa klimatförändringar idag,” sa Bogumil. ”Genom att studera vad naturen har gjort i det förflutna kan vi lära oss mer om de möjliga resultaten och det praktiska med marin lagring för att mildra klimatförändringarna.”
Denna nya insikt om att formen och djupet på havsbottnarna kanske är den största påverkaren av kolbindning kan också hjälpa sökandet efter beboeliga planeter i vårt universum.
”När vi tittar på avlägsna planeter har vi för närvarande en begränsad uppsättning verktyg för att ge oss en ledtråd om deras potential för beboelighet”, säger medförfattaren Carolina Lithgow-Bertelloni, professor vid UCLA och institutionsordförande för jord-, planet- och rymdvetenskap. ”Nu när vi förstår den viktiga roll batymetri spelar i kolets cykel, kan vi direkt koppla planetens inre evolution till dess ytmiljö när vi drar slutsatser från JWST-observationer och förstår planetarisk beboelighet i allmänhet.”
Genombrottet representerar bara början på forskarnas arbete.
”Nu när vi vet hur viktig batymetri är i allmänhet, planerar vi att använda nya simuleringar och modeller för att bättre förstå hur olika formade havsbottnar specifikt kommer att påverka kolcykeln och hur detta har förändrats under jordens historia, särskilt den tidiga jorden, då de flesta av landet var under vattnet, sa Bogumil.