تقدم أبحاث جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو منظورًا جديدًا حول كيفية تخزين الكربون في أعماق المحيطات وما يمكن أن يعنيه ذلك للحفاظ على التوازن المناخي للأرض على المدى الطويل.

يتخذ العلماء خطوة مهمة نحو فهم كيفية احتجاز المحيطات للكربون وتخزينه. يشير بحث جديد أجرته جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا والمتعاونون معها إلى أن التفسير التقليدي لكيفية “تثبيت” ثاني أكسيد الكربون في الطبقات المظلمة والعميقة من المحيط قد يحتاج إلى مراجعة.

الفريق بقيادة عالم المحيطات الميكروبية في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو أليسون سانتورو ونشر في علوم الأرض الطبيعيةيعرض النتائج التي تساعد في حل الفجوات طويلة الأمد في تقديرات توافر النيتروجين وتثبيت الكربون غير العضوي المذاب (DIC) في العمق.

وقال سانتورو: “الشيء الذي كنا نحاول التعامل معه بشكل أفضل هو مقدار الكربون الموجود في المحيط الذي يتم إصلاحه”. “الأرقام تظهر الآن، وهو أمر عظيم.”

تم دعم هذا المشروع جزئيًا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم.

من يقوم بالإصلاح؟

يلعب المحيط دورًا حاسمًا في التحكم في مناخ الأرض. فهو يمتص ما يقرب من ثلث ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي، ويعمل بمثابة أكبر بالوعة للكربون على كوكب الأرض ويساعد على تخفيف درجات الحرارة العالمية. ولأننا نعتمد على هذا النظام الطبيعي، يهدف العلماء إلى الفهم الكامل للمسارات المعقدة التي تسمح للمحيطات بتخزين الكربون.

وقال سانتورو: “نريد أن نعرف كيف يتحرك الكربون حول أعماق المحيطات، لأنه لكي يؤثر المحيط على المناخ، يجب أن ينتقل الكربون من الغلاف الجوي إلى أعماق المحيطات”.

يتم تنفيذ الكثير من عمليات تثبيت الكربون غير العضوي في المحيطات بواسطة الحياة المجهرية. على السطح، تمتص العوالق النباتية ثاني أكسيد الكربون غير العضوي (بما في ذلك غاز ثاني أكسيد الكربون المذاب) وتعمل ككائنات ذاتية التغذية، حيث تصنع طعامها الخاص في عملية مشابهة لـ التمثيل الضوئي على الأرض. ومن خلال هذه العملية، يقومون بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مركبات عضوية (سكريات) وأكسجين.

عدم تطابق غير متوقع في الطاقة

كانت الفكرة السائدة هي أنه في حين أن معظم تثبيت DIC يحدث في الطبقة العليا المضاءة بنور الشمس بفضل العوالق النباتية الضوئية، فإن كمية كبيرة من تثبيت DIC غير الضوئي تحدث أيضًا في الطبقات “المظلمة” من المحيط، وهو الاستيعاب الذي تهيمن عليه بشكل أساسي العتائق ذاتية التغذية التي تطورت لأكسدة الأمونيا (مركب يحتوي على النيتروجين) للحصول على الطاقة بدلاً من ضوء الشمس.

ومع ذلك، عند تتبع ميزانية طاقة النيتروجين لهذه الميكروبات المثبتة للكربون من خلال أخذ عينات من عمود الماء، سرعان ما وجد الباحثون أن الأرقام لم تكن متطابقة.

وقال سانتورو: “كان هناك تناقض بين ما يمكن أن يقيسه الناس عندما يخرجون على متن سفينة لقياس تثبيت الكربون وما كان يُفهم على أنه مصادر الطاقة للميكروبات”. “لم نتمكن في الأساس من توفير الميزانية اللازمة للكائنات الحية التي تعمل على تثبيت الكربون.” وأوضحت أنهم كانوا بحاجة إلى الطاقة للقيام بذلك، ولكن لا يبدو أن هناك ما يكفي من الطاقة المعتمدة على النيتروجين للتجول في أعماق المحيطات لتحقيق معدلات تثبيت الكربون التي يتم الإبلاغ عنها في جميع أنحاء عمود الماء.

لطالما كان هذا اللغز يدور في أذهان سانتورو والمؤلفة الرئيسية للدراسة باربرا باير، اللذين كانا يعملان على سد هذه الفجوة في فهمنا لدورة الكربون في المحيطات منذ ما يقرب من عقد من الزمن. لقد استكشف العمل السابق الفرضية القائلة بأنه ربما كانت هذه العتائق المثبتة للكربون أكثر كفاءة في وظائفها مما كان مفترضًا، وتتطلب كمية أقل من النيتروجين لتثبيت الكربون، على الرغم من أن نتائجها أشارت إلى أن الأمر ليس كذلك.

نهج جديد لمشكلة قديمة

بالنسبة لهذه الورقة، اتخذ الفريق نهجًا مختلفًا، وسأل بدلاً من ذلك عن حجم مساهمة مؤكسدات الأمونيا هذه في إجمالي معدلات تثبيت الكربون غير العضوي المذاب في المحيط المظلم. لمعرفة الإجابة على هذا السؤال، ابتكرت شركة باير تجربة ذكية.

وأوضح سانتورو: “لقد توصلت إلى طريقة لمنع نشاطها على وجه التحديد في أعماق المحيطات”. وتابعت أنه من خلال تقييد المؤكسدات بمادة كيميائية خاصة، يجب تقليل معدل تثبيت الكربون بشكل كبير. تم التأكد من أن المانع، فينيل أسيتيلين، ليس له أي آثار أخرى قابلة للقياس على العمليات المجتمعية الأخرى.

أشارت نتائجهم إلى أنه على الرغم من تثبيط مؤكسدات الأمونيا – ومعظمها من العتائق الموجودة بكثرة في المحيط المظلم – فإن معدل تثبيت الكربون في مناطق الدراسة لم ينخفض ​​بالقدر المتوقع.

لذا، إذا لم تكن العتائق المؤكسدة للأمونيا، فمن يمكنه تثبيت الكربون في الأعماق؟ وقد نمت قائمة المشتبه بهم لتشمل ميكروبات أخرى في الحي، وخاصة البكتيريا وبعض العتائق.

قال سانتورو: “نعتقد أن ما يعنيه هذا هو أن الكائنات الحية الدقيقة التي تتغذى على الكربون العضوي من الميكروبات المتحللة والحياة البحرية الأخرى – تستهلك الكثير من الكربون غير العضوي بالإضافة إلى الكربون العضوي الذي تستهلكه عادةً، مما يعني أنها مسؤولة أيضًا عن تثبيت بعض ثاني أكسيد الكربون.

“وهذا مثير للاهتمام حقًا لأنه على الرغم من أننا نعلم أن هذا احتمال نظري، لم يكن لدينا حقًا رقم كمي عن نسبة الكربون الموجودة في أعماق المحيطات التي تم تثبيتها بواسطة هذه الكائنات غيرية التغذية مقابل الكائنات ذاتية التغذية. والآن نحن نفعل ذلك.”

وتساعد هذه النتائج أيضًا في رسم صورة أوضح لكيفية عمل الشبكة الغذائية في أعماق المحيطات.

وقال سانتورو: “هناك جوانب أساسية لكيفية عمل الشبكة الغذائية في أعماق المحيطات لا نفهمها، وأعتقد أن هذا بمثابة اكتشاف لكيفية عمل قاعدة الشبكة الغذائية في أعماق المحيطات”.

المزيد من أسرار العمق

مزيد من العمل في هذا المجال لسانتورو ومعاونيها سوف يتعمق في الجوانب الدقيقة لتثبيت الكربون في المحيط، مثل كيفية تفاعل دورة النيتروجين ودورة الكربون مع دورات العناصر الأخرى في المحيط، بما في ذلك الحديد والنحاس.

“الشيء الآخر الذي نحاول اكتشافه هو أنه بمجرد تثبيت هذه الكائنات للكربون في خلاياها، كيف يصبح متاحًا لبقية الشبكة الغذائية؟” لاحظت. “ما هي أنواع المركبات العضوية التي قد تتسرب من خلاياها والتي يمكن أن تغذي بها بقية الشبكة الغذائية؟”

المرجع: “مساهمة طفيفة لمؤكسدات الأمونيا في تثبيت الكربون غير العضوي في المحيط” بقلم باربرا باير، كاثرينا كيتزينجر، نيكولا إل. بول، جوستين بي. ألبرز، ماك أ. سايتو، مايكل واجنر، كريج أ. كارلسون وأليسون إي. سانتورو، 23 سبتمبر 2025، علوم الأرض الطبيعية.
دوى: 10.1038/s41561-025-01798-x

تم إجراء الأبحاث في هذه الورقة أيضًا بواسطة نيكولا إل. بول، وجوستين بي. ألبرز، وكريغ أ. كارلسون في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو؛ كاثرينا كيتسينجر ومايكل فاغنر من جامعة فيينا، بالإضافة إلى ماك أ. سايتو من معهد وودز هول لعلوم المحيطات.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.