Morské sedimenty predstavujú najväčší rezervoár organického uhlíka na Zemi. Po dlhú dobu sa verilo, že organická hmota v týchto hlbokých sedimentoch je „žiaruvzdorná“ a stabilná, čo znamená, že je odolná voči biologickému rozkladu a prispieva k dlhodobej sekvestrácii uhlíka. Avšak objav hlbokej biosféry – ekosystému mikroorganizmov, ktoré prežívajú v hĺbkach až 2,5 kilometra pod morským dnom a pri teplotách až do 120 °C – spochybnil tento tradičný názor. Nový výskum objasňuje mechanizmy, ktorými sa tento kedysi považovaný za nedostupný uhlík môže stať biologicky aktívnym, čo má zásadné dôsledky pre globálny uhlíkový cyklus a klimatickú zmenu.

Štúdia skúmala 7,8 milióna rokov starý sediment z lokality IODP C0012 v Nankajskej žľabe v Japonsku, inkubovaný pri štyroch rôznych teplotách (20 °C, 35 °C, 55 °C a 85 °C) s cieľom simulovať teploty pochovania. Zistenia odhalili, že mierne zahrievanie výrazne ovplyvňuje biologickú dostupnosť sedimentárnej organickej hmoty:

• Pri 35 °C sa uvoľňovala humínová kyselina spolu s kovovými iónmi, avšak s nízkou biologickou dostupnosťou. V tomto štádiu dominovala degradácia proteínového DOM nad jeho produkciou.
• Pri 55 °C viedol abiotický rozklad humínových zlúčenín k tvorbe menšej a biologicky dostupnejšej rozpustenej organickej hmoty (DOM), čo podporovalo fermentáciu. Ukázalo sa, že tepelný rozklad humínového DOM pri 55 °C môže poskytnúť vhodné substráty pre fermentory, čím sa kompenzuje pokles biotickej hydrolýzy pri tejto teplote.
• Pri 85 °C dochádzalo k rozkladu veľkých humínových zlúčenín obsahujúcich dusík, pričom sa tvorili labilný vodík (H2) a acetát. Tieto procesy boli prevažne abiotické a obchádzali fermentáciu. Abiotická produkcia H2 a acetátu bola tak rýchla, že viedla k ich akumulácii, prekonávajúc mikrobiálnu spotrebu.

Tieto zistenia naznačujú, že abiotické tepelné procesy aktivujú zásobáreň žiaruvzdornej organickej hmoty. Zmena reaktivity sedimentárnej organickej hmoty, poháňaná teplotou, namiesto jej veku, je kľúčová pre pochopenie jej dostupnosti.

Najvýznamnejším dôsledkom tohto procesu je obrátenie kľúčových uhlíkových púmp:

• Minerálna uhlíková pumpa, ktorá normálne stabilizuje organickú hmotu v sedimentoch, sa môže zvrátiť pri teplotách už od 35 °C. To vedie k uvoľňovaniu mangánu, humínového a proteínového DOM a amoniaku, čím sa zvyšuje ich dostupnosť pre mikróby.
• Mikrobiálna uhlíková pumpa, ktorá obvykle premieňa labilný DOM na žiaruvzdorný, sa tiež obráti pri teplotách nad 55 °C. Tepelný rozklad žiaruvzdornej organickej hmoty ju abioticky transformuje späť na biologicky dostupnejší DOM, čím uľahčuje jej využitie hlbokou biosférou. Pri 85 °C sa tieto procesy výrazne zrýchľujú.

Dôsledky pre klimatickú zmenu sú značné. Ak sa dlhodobo sekvestrovaný uhlík v morských sedimentoch stane biologicky dostupným v dôsledku rastúcich teplôt (napr. pri postupnom pochovávaní sedimentov alebo regionálnom otepľovaní), mohlo by to viesť k uvoľňovaniu tohto uhlíka späť do aktívneho uhlíkového cyklu Zeme. Hoci časť uhlíka sa môže transformovať aj na odolnejšie aromatické zlúčeniny, primárny mechanizmus smeruje k zvýšeniu biologickej dostupnosti. Toto dynamické správanie hlboko uloženého uhlíka mení naše chápanie globálnych tokov uhlíka a zdôrazňuje komplexnú povahu uhlíkového cyklu v hlbokom podzemnom prostredí, ktorý sa líši od povrchových procesov. Potenciálne uvoľňovanie tohto uhlíka by mohlo mať dlhodobé dopady na rovnováhu skleníkových plynov a celkovú klímu planéty. JRi

Zistenia, publikované v časopise Science Advances