Oceán je kľúčovou zložkou globálneho uhlíkového cyklu a hrá zásadnú úlohu pri regulácii klímy Zeme. Spomalil antropogénnu zmenu klímy tým, že pohltil 91 % tepla zachyteného v systéme Zeme v rokoch 1971 až 2018 a 26 % antropogénneho uhlíka emitovaného od predindustriálneho obdobia. Budúca klíma bude do značnej miery závisieť od jeho schopnosti pokračovať v tejto úlohe.

Prechod CO2 medzi atmosférou a morom je primárne poháňaný dvoma mechanizmami: rozpustnostnou pumpou, ktorá súvisí s rozpustnosťou CO2 a cirkuláciou, a biologickou uhlíkovou pumpou (BCP). BCP zahŕňa fotosyntetickú premenu rozpusteného anorganického uhlíka (DIC) v blízkosti povrchu na organickú hmotu, ktorá sa potom exportuje do vnútra oceánu. Toto vertikálne prerozdeľovanie uhlíka efektívne znižuje povrchový DIC a zvyšuje remineralizovaný DIC v hĺbke, čím ovplyvňuje atmosférické hladiny CO2. Odhaduje sa, že bez remineralizovaného uhlíka by boli atmosférické hladiny CO2 v novom rovnovážnom stave približne o 150-240 ppm vyššie.

Doteraz sa často predpokladalo, že BCP funguje v ustálenom stave a že zvýšenie súčasného a budúceho pohlcovania a ukladania uhlíka dominovala fyzicky poháňaná rozpustnostná pumpa. Nedostatok pozorovacích dôkazov a vedomostí o nelineárnych interakciách medzi BCP a inými zložkami systému Zeme viedol k neistote v projekciách účinnosti BCP.

Nedávna štúdia využívajúca plne interaktívny model zemského systému, Norwegian Earth System Model (NorESM2), preskúmala úlohu BCP pri vytváraní predindustriálnej klímy a kvantifikovala dopady jej odstránenia na budúce sekvestráciu uhlíka a zmenu klímy. Model simuloval predindustriálnu kvázi-rovnováhu a následné historické a budúce scenáre s morskými organizmami (REF) a bez nich (Abiotic).

Výsledky ukázali, že v predindustriálnom rovnovážnom stave bez BCP boli atmosférické hladiny CO2 o viac ako 50 % (163 ppm) vyššie (445 ppm v porovnaní s 282 ppm v scenári REF). To viedlo k otepleniu globálnej priemernej povrchovej teploty o 1,6 °C a teploty morskej hladiny o 1,15 °C. V tomto „Abiotic“ scenári oceán uvoľnil do atmosféry približne 730 Pg C, z čoho takmer polovica (345 Pg C) bola adsorbovaná pevninou, primárne v dôsledku rastu vegetácie indukovaného CO2 hnojením.

Projekcie do budúcnosti (1850–2100) ukázali, že bez oceánskej biológie dôjde k zrýchlenej zmene klímy. Atmosférické CO2 v scenári Abiotic stúplo výrazne rýchlejšie ako v scenári REF vo všetkých troch skúmaných scenároch emisí (SSP1-2.6, SSP2-4.5 a SSP5-8.5). Dôvodom tohto silnejšieho nárastu CO2 je zníženie pohlcovania uhlíka pevninou a oceánom. V scenári Abiotic zostane do roku 2100 v atmosfére 68 až 83 % emisií fosílnych palív v porovnaní s iba 37 až 65 % v simuláciách zahŕňajúcich oceánsku biológiu.

Oslabenie oceánskeho pohlcovania uhlíka napriek vyšším atmosférickým hladinám CO2 sa pripisuje vyššiemu povrchovému pCO2 oceánu a nižšej nerovnováhe air-sea pCO2. Chýbajúci deficit pCO2 spôsobený oceánskou produkciou, spolu s teplejšími teplotami a vyšším počiatočným Revelleho faktorom, znižujú schopnosť oceánu pohlcovať antropogénny CO2. Landové pohlcovanie uhlíka je tiež znížené v dôsledku saturácie rastu vegetácie v teplejšom svete s vyšším obsahom CO2.

Zrýchlená zmena klímy v scenári Abiotic sa prejavila v mnohých zložkách zemského systému. Podľa scenára SSP5-8.5 sa globálna priemerná povrchová teplota v scenári Abiotic do roku 2100 zvýšila o takmer 5 °C, čo je o 30 % rýchlejšie tempo otepľovania ako v scenári REF. Odstránenie oceánskej biológie viedlo k prekročeniu prahu oteplenia o 2 °C o viac ako desať rokov skôr.

Závery štúdie jasne ukazujú, že biologické procesy v oceáne hrajú kľúčovú úlohu pri pohlcovaní antropogénneho uhlíka v súčasnom oceáne tým, že upravujú priestorové a časové vzory deficitu povrchového pCO2. Najväčší dopad neprítomnosti oceánskej biológie sa prejavuje v oblastiach ventilácie ako sú severný Atlantik a južný oceán, kde je významne znížený dlhodobý transport uhlíka z povrchu do vnútra oceánu.

Pre maximalizáciu role oceánu pri zmierňovaní antropogénnej zmeny klímy je nevyhnutné udržať zdravé a dobre fungujúce morské ekosystémy. Lepšie pochopenie a modelovanie biologických procesov v oceáne, najmä v kľúčových regiónoch pohlcovania uhlíka, je kľúčové pre zlepšenie odhadov budúcich oceánskych pohlcovaní uhlíka a vývoj účinných stratégií zmierňovania klímy. Štúdia poukazuje na to, že biologická uhlíková pumpa hrá dôležitú úlohu pri vytváraní podmienok (nerovnováha a Revelleho faktor), ktoré určujú veľkosť tohto pohlcovania, čím spochybňuje predstavu, že má malú alebo žiadnu úlohu pri pohlcovaní prebytočného antropogénneho uhlíka. JaroR

Celá štúdia bola publikovaná v časopise Nature Communications .

Slovník kľúčových pojmov

• Abiotic simulácia: Extrémny hypotetický experiment, kde sa z modelu zemského systému úplne odstránia morské organizmy a primárna produkcia.
• Antropogénny uhlík (Cant): Uhlík pridaný do systému Zeme ľudskou činnosťou, najmä spaľovaním fosílnych palív a zmenou využívania pôdy.
• Atmosférický CO2: Koncentrácia oxidu uhličitého v zemskej atmosfére. Kľúčový skleníkový plyn.
• Biologické uhlíkové čerpadlo (BCP): Proces, pri ktorom fotosyntéza blízko povrchu oceánu premieňa rozpustený anorganický uhlík (DIC) na organickú hmotu, ktorá sa potom exportuje do hlbšieho oceánu.
• DIC (Dissolved Inorganic Carbon): Celkové množstvo rozpusteného anorganického uhlíka v morskej vode, ktoré existuje vo forme CO2, bikarbonátov a karbonátov.
• Model zemského systému (ESM): Komplexný počítačový model, ktorý simuluje interakcie medzi rôznymi zložkami zemského systému, vrátane atmosféry, oceánu, súše a ľadu.
• pCO2: Parciálny tlak oxidu uhličitého. Nerovnováha pCO2 medzi vzduchom a morom riadi tok CO2 cez rozhranie.
• Preformovaný DIC: Časť DIC v morskej vode, ktorá bola prítomná v povrchovej vode pred jej ponorením do hlbšieho oceánu, neovplyvnená remineralizáciou.
• Preindustriálny klimatický stav (REF): Referenčná simulácia predstavujúca stav klímy a uhlíkového cyklu pred významnými ľudskými vplyvmi, typicky založená na podmienkach okolo roku 1850.
• Revelleho faktor: Meradlo schopnosti morskej vody pohltiť ďalší CO2 bez výrazného zvýšenia parciálneho tlaku CO2. Vyšší Revelleho faktor znamená nižšiu tlmivú kapacitu.
• Remineralizovaný DIC: Časť DIC v hlbšom oceáne, ktorá vznikla rozkladom (remineralizáciou) organickej hmoty, ktorá klesla z povrchu.
• Scenáre zdieľaných sociálno-ekonomických dráh (SSP): Súbor možných budúcich sociálno-ekonomických ciest a s nimi spojených úrovní emisií skleníkových plynov, používaných na projekcie zmeny klímy (napr. SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP5-8.5).
• Sekvestrácia: Proces odstraňovania a ukladania uhlíka z atmosféry.
• Solubility pump (čerpadlo rozpustnosti): Proces, pri ktorom oceán absorbuje CO2 priamo z atmosféry na základe fyzikálnych princípov rozpustnosti plynu a cirkulácie oceánu.
• SST (Sea Surface Temperature): Teplota povrchovej vrstvy oceánu.