Роль океанических абиотических карбонатных осадков в будущем регулировании выбросов CO2 в атмосферу

Oct 15, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15970 (2022) Цитировать эту статью

11 тысяч доступов

106 Альтметрика

Подробности о метриках

Океаны играют важную роль в климате Земли, регулируя атмосферный CO2. В то время как первичная продуктивность океана и захоронение органического углерода изолируют CO2 из атмосферы, осаждение CaCO3 в море возвращает CO2 в атмосферу. Абиотическое осаждение CaCO3 в форме арагонита потенциально является важным механизмом обратной связи для глобального углеродного цикла, но этот процесс не получил полной количественной оценки. В исследовании отложений-ловушек, проведенном в юго-восточной части Средиземного моря, одном из самых быстро нагревающихся и наиболее олиготрофных регионов океана, мы впервые количественно оценили поток неорганического арагонита в толще воды. Мы показываем, что этот процесс кинетически вызван потеплением поверхностных вод и длительной стратификацией, приводящей к высокому состоянию насыщения арагонита (ΩAr ≥ 4). Основываясь на этих отношениях, мы полагаем, что кальцификация абиотического арагонита может составлять 15 ± 3% ранее сообщавшихся выбросов CO2 с поверхности моря в атмосферу в юго-восточном Средиземноморье. Смоделированные прогнозы температуры поверхности моря и ΩAr предполагают, что этот процесс может ослабнуть в будущем океане, что приведет к увеличению щелочности и буферной способности атмосферного CO2.

Производство минералов CaCO3 (а именно, арагонита и кальцита) играет важную роль в регулировании углеродного баланса океана1,2. Хотя большая часть продукции CaCO3 в океанах является биогенной, некоторая часть образуется в результате абиотических реакций. На сегодняшний день абиотическое производство CaCO3 в форме арагонита наблюдалось в определенных местах, таких как Багамские острова или Персидский залив, где присутствуют особые условия. Однако по мере усиления закисления океана производство абиотического CaCO3 будет уменьшаться и, возможно, уже значительно уменьшилось из-за снижения состояния насыщения карбонат-иона. Здесь мы впервые показываем возникновение производства абиотического арагонита в восточном Средиземноморье в условиях, отличающихся от наблюдавшихся ранее, и возможный аналог будущих условий океана под воздействием глобального потепления. Согласно предложенному механизму, абиотическая продукция CaCO3 в поверхностных водах может быть усилена за счет потепления и стратификации океанов, а не за счет дополнительного засева или перемешивания водных масс. Напротив, закисление океана может препятствовать абиотической продукции поверхностных вод, противодействуя положительному эффекту потепления. Основываясь на наших наблюдениях, мы утверждаем, что производство абиотического арагонита более распространено, чем считалось ранее, и описываем механизм производства. Основываясь на современных климатических моделях, мы показываем, что потенциал этого механизма уменьшается, и обсуждаем его влияние.

Обмен CO2 между океаном и атмосферой считается основным механизмом обратной связи, который помогает регулировать климат планеты1,2. В настоящее время предполагается, что ок. 25% ежегодно выбрасываемого в атмосферу антропогенного CO2 поглощается океаном3,4. В результате последующей химической реакции поглощенного CO2 с морской водой образуется угольная кислота, что приводит к процессу, известному как закисление океана5. Производство угольной кислоты не только снижает pH морской воды, но также меняет вид растворенного неорганического углерода (DIC = CO2 + HCO3- + CO3-2) в морской воде от карбонатного (CO3-2) к бикарбонатному (HCO3-). , согласно следующему стехиометрическому уравнению – CO2 + H2O + CO3−2 → 2HCO3−.

На образование DIC в морской воде также влияет температура из-за ее влияния на термодинамические константы диссоциации, когда потепление смещает карбонатную систему в сторону CO3-2. Большая часть трансформации ДВС в твердую фазу, будь то органическую или неорганическую, обусловлена ​​биологическими факторами6. При этом биологически опосредованная ассимиляция DIC в твердую фазу неорганического углерода (CaCO3) удаляет Ca+2 из морской воды и приводит также к снижению общей щелочности морской воды (TA). Этот процесс также неконсервативен при изменении солености7. В то время как органический сток («биологический насос») удаляет углерод из атмосферы, неорганический сток (осаждение карбонатных минералов) потребляет ТА и смещает карбонатную систему в сторону CO2 и его дегазации с поверхности океана в атмосферу8, действуя как положительный обратная связь с глобальным потеплением2,9. Осаждение обеих кристаллических форм CaCO3 (арагонита и кальцита) в океане является в основном биогенным10 и представляет собой весьма сложный процесс, на который влияют условия окружающей среды, такие как температура, уровень растворенных питательных веществ и, что наиболее примечательно, соотношение Ca+2 и Произведение активности ионов CO3-2 на константу растворимости CaCO3, также известную как состояние насыщения CaCO3 (Ω)9.