Jednou z nejvíce fascinujících věcí na planetě Zemi je způsob, jakým život utváří Zemi a Země utváří život. Musíme se jen ohlédnout Velká akce okysličení (GOE) před 2,4 miliardami let, abychom viděli, jak formy života formovaly Zemi. V tomto případě fytoplanktony zvané cyanobakterie napumpovaly atmosféru kyslíkem, vyhasly většinu života na Zemi a připravily půdu pro rozvoj mnohobuněčného života.
Raná Země splnila počáteční podmínky pro vznik života a nyní formy života utvářejí atmosféru, krajinu a oceány mnoha různými způsoby.
Základem mnoha z těchto změn je fytoplankton.
Fytoplankton je tvořen mikroskopickými formami života, které žijí ve slané i sladké vodě. Jsou primárními producenty, což znamená, že jsou základem potravinového řetězce. jsou autotrofní , což znamená, že organismy, které tvoří fytoplankton, si vytvářejí vlastní potravu. Produkují své vlastní organické sloučeniny, jako jsou sacharidy, bílkoviny a tuky, z jednoduchých látek v atmosféře, jako je oxid uhličitý (CO2), a vše je poháněno Sluncem. Živiny také přijímají z vody, která je obklopuje.
Ilustrace (nikoli v měřítku) některých typů fytoplanktonu, zleva doprava: sinice, rozsivka, dinoflagelát, zelené řasy, kokkolitofor. Image Credit: By Collage upraveno z kreseb a mikrografií Sally Bensusen, NASA EOS Project Science Office – NASA Earth Observatory, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=78955265
Nyní nová studie od Evropské vesmírné agentury Iniciativa pro změnu klimatu zkoumá globální fytoplankton v časovém rozpětí 20 let. Tisková zpráva ESA oznamující studii nazývá fytoplankton planetou „uhlíkovou pumpou“.
Co to znamená?
Čerpání uhlíku, také nazývané biologické čerpání , je přeměna uhlíku z atmosféry na organický uhlík. Tento organický uhlík pak klesá do hlubokého oceánu a rozkládá se. V důsledku toho oceán zadržuje uhlík spíše než atmosféra. Část tohoto uhlíku skončí v sedimentu a může být uzavřena mimo atmosféru po miliony let. Čerpání uhlíku pomáhá regulovat atmosféru a bez něj by se do atmosféry vešlo asi o 200 ppm více uhlíku než do atmosféry.
Toto je názorný příklad toho, jak život utváří Zemi: jaké by to bylo, kdyby naše atmosféra neměla 407 ppm CO2(2018), ale bylo více než 600 ppm?
Tato jednoduchá grafika ukazuje pumpování uhlíku mezi atmosférou a oceány. Obrazový kredit: Podle odvozeného díla: McSush (talk)CO2_pump_hg.png: Hannes Grobe 21:52, 12. srpna 2006 (UTC), Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven, Německo – CO2_pump_hg.png, CC BY-SA 2.5 , https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4956173
Fytoplankton hraje další důležitou roli: produkuje kyslík. Vědci říkají, že produkují mezi 50 % a 85 % světového kyslíku. Je těžké to přesně vědět, protože populace fytoplanktonu se mění s ročním obdobím.
Nový dokument se jmenuje „ Primární produkce, index změny klimatu v oceánu: Satelitní odhady za dvě desetiletí .“ Hlavní autorkou je Gemma Kulk, fyzioložka fytoplanktonu z Plymouth Marine Laboratory ve Velké Británii. Práce je publikována v časopise Dálkový průzkum Země .
Vzhledem k tomu, že fytoplankton jsou primárními producenty na základně potravního řetězce, změny v jejich populaci mají pro Zemi dalekosáhlé důsledky. Změny mohou ovlivnit nejen koncentraci CO2v atmosféře, ale také věci jako biologická rozmanitost a populace ryb.
'Každý chápe, proč jsou deštné pralesy a stromy důležité - jsou to plíce Země, které přijímají oxid uhličitý z atmosféry,' uvedl hlavní autor Kulk v tiskové zprávě. 'To, co se přehlíží, je, že oceány jsou stejně důležité - každý druhý dech, který uděláte, pochází z oceánů.'
S rostoucím vlivem klimatických změn v našem světě přitahuje stav fytoplanktonu kritické oko vědců. Chtějí vědět, jak bude fytoplankton reagovat na oteplování oceánu na povrchu, kde fytoplankton žije. Satelitní data jsou kritickou součástí jejich porozumění.
Fytoplankton a jeho účinky se velmi liší v důsledku geografické polohy, sezónních změn a meziročních změn. Celkově to ale studie trvající dvě desetiletí zjistila prvovýroba se pohybovaly mezi přibližně 38 až 42 gigatunami uhlíku ročně. Studie také upozornila na některé regionální rozdíly. Primární produkce je větší v pobřežních oblastech ve srovnání s otevřenými oceány.
Autoři ve svém článku píší: „Primární produkce fytoplanktonu je vynucena fyzikálně-chemickými podmínkami ve vodním sloupci, včetně teploty, světla a mikro- a makroživin. Tyto hnací síly jsou ovlivněny sezónními, meziročními a vícedekádovými variacemi v oceánských a atmosférických procesech.
Tým ukázal například na polární oblasti. 'Například primární produkce fytoplanktonu v polárních oblastech je silně ovlivněna sezónními vzory slunečního záření a tvorbou povrchových smíšených vrstev v důsledku tání ledu na jaře a v létě.'
Studie také ukázala, že aktivita fytoplanktonu se změnila v reakci na věci jako Dítě , Severoatlantická oscilace a Dipól Indického oceánu. Těmito třemi jevy jsou změny teploty oceánu v případě El Niño a dipólu Indického oceánu a atmosférický tlak v severoatlantické oscilaci.
Dlouhodobé studie, jako je tato, mohou sloužit dvěma účelům. Mohou ukázat, jak fytoplankton reaguje na změny klimatu, a mohou také signalizovat posuny.
V Baltském moři kvetou řasy. Rozkvět řas je rychlé množení fytoplanktonu. Při těchto událostech je oceán zbarven chlorofylem do zelena, díky čemuž jsou tyto květy snadno detekovatelné satelitem. Image Credit: obsahuje upravená data Copernicus Sentinel (2019), zpracovaná ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
Shubha Sathyendranath pochází z Plymouth Marine Laboratory a je také vědeckým vedoucím iniciativy Ocean Color Climate Change Initiative. Sathyendranath je spoluautorem studie a v a tisková zpráva řekla: 'Ačkoli záznamy dat pokrývají 20 let, je důležité počkat alespoň 30 let, abychom mohli s dostatečnou jistotou identifikovat jakýkoli jasný klimatický trend.'
„Je zásadní, aby se soubor dat o barvách oceánu jako součást iniciativy pro změnu klimatu pravidelně rozšiřoval a udržoval, abychom měli empirický záznam o reakci mořské bioty na změny klimatu,“ pokračoval Sathyendranath. 'Na základě toho můžeme vyvinout spolehlivé modely, takže můžeme přesně předvídat změny, abychom se přizpůsobili dopadům měnícího se světa.'
Studium účinků fytoplanktonu není snadné a satelitní dálkový průzkum to nedokáže sám. Vyžaduje také měření in-situ. Je to částečně proto, že dálkový průzkum musí přiřadit míru fotosyntetické aktivity barvám, které vidí v oceánu, kde je aktivní fytoplankton. Satelitní měření nemohou snadno rozlišit mezi aktivitou fotosyntézy a ozářením. Studie využívá toho, co se nazývá křivka fotosyntézy versus záření (P-I). .
V této studii autoři použili 83 různých provincií oceánu nebo mořských provincií a také vycházeli z in-situ měření fytoplanktonu z jiných studií.
Vzorová místa pro fotosyntézu versus experimenty ozáření (P-I) získané z databází a literatury se sezónním pokrytím v každé biogeografické provincii. V této studii bylo použito celkem 8676 experimentů P-I, které pokrývají 53 biogeografických provincií a 96,6 % světového oceánu. Vysoké sezónní pokrytí dat bylo získáno pro 37 provincií (3–4 sezóny, pokrytí 79,9 %). Obrazový kredit: Kulk et al, 2020.
Tato studie je významná nejen proto, že trvá dvě desetiletí. Je také výjimečně důkladný a využívá technologie, které nebyly v minulosti dostupné.
V závěru svého článku autoři píší: „Je to poprvé, kdy vysoce kvalitní, multisenzorová, mezi senzory korigovaná, barevná pozorování oceánu, která se rozprostírají po dobu asi dvou desetiletí, byla kombinována se zvýšeným prostorovým a časovým pokrytím. in situ pozorování fotosyntetických parametrů fytoplanktonu, aby bylo možné vypočítat velikost a variabilitu primární produkce v globálním měřítku.
Ale i přes tuto působivou studii autoři – jako vědci opatrní – říkají, že tato dvě desetiletí údajů nám nemohou říci o změně klimatu. 'Variabilita v globální roční primární produkci by mohla souviset s meziročními a vícedekádovými oscilacemi, takže současný záznam pozorování barev oceánu není dostatečně dlouhý, aby detekoval trendy spojené se změnou klimatu.'
Autoři upozorňují i na slabinu v datech. „Potřeba zlepšit pokrytí daty P-I ve velkých oblastech globálního oceánu však stále zůstává. Zejména velké oblasti Tichého a Indického oceánu zůstávají špatně odebírány.“
Více:
- Tisková zpráva: Osvětluje živoucí uhlíkovou pumpu oceánu
- Výzkumný papír: Primární produkce, index změny klimatu v oceánu: Satelitní odhady za dvě desetiletí
- Vesmír dnes: Při pohledu z vesmíru: Krásný vířící fytoplankton kvete