微型“进食和排泄机器”善于吸收碳

世界上最小的动物的粪便可能有助于吸收地球大气中的部分温室气体。在实验室中测试一种使用粘土粉尘的新实验方法时，一组科学家发现粘土可以帮助浮游动物吸收更多吸热二氧化碳。然后这些动物可以将碳沉积在海洋最深处，并以粪便的形式储存起来。该实验方法尚未准备好在海洋中使用，但已在 12 月 10 日发表在《科学报告》杂志上的一项研究中进行了详细介绍。该研究的结果也将在今天的美国地球物理联合会年会上公布。

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浮游植物为浮游动物提供食物

新技术从大量被称为浮游植物的微小植物开始。这些浮游植物每年进行光合作用时可从大气中清除约 1500 亿吨二氧化碳。它们将温室气体转化为有机碳颗粒，以供它们食用和繁衍。

然而，当浮游植物死亡时，海洋细菌会吞噬其腐烂的尸体，并将大量捕获的二氧化碳释放回大气中。这时浮游动物（动物而非植物）就能发挥作用了。

粘球

在这项新研究中，一组科学家使用 2023 年浮游植物大量繁殖期间从缅因湾收集的水进行了实验室实验。他们在水样上喷洒了粘土粉尘，附着在有机碳上的粉尘被浮游植物释放出来。这促使海洋细菌产生一种胶状物质，使粘土和有机碳形成称为絮凝物的粘性小球。

研究小组称，浮游动物随后会吞食这些粘稠的絮状物。一旦球被消化，动物粪便中嵌入的粘土就会下沉，从而可能将碳埋入深海，并可能储存数千年。未吃掉的絮状物也会下沉，随着下沉过程中有机碳和死亡或垂死的浮游植物越来越多，絮状物也会变大。

在实验中，粘土粉尘可捕获死亡浮游植物释放的碳，阻止其进入空气。添加实验粘土可增加可收集碳的粘性有机颗粒的浓度。同时，在用粘土处理的海水中，促使碳释放回大气的细菌数量也减少了。

海洋雪

在表面铺展粘土可以加速一种被称为生物泵的自然循环——碳从大气中被去除并储存在海洋中。

“通常情况下，在海面捕获的碳中只有一小部分会进入深海进行长期储存。我们方法的新颖之处在于使用粘土来提高生物泵的效率，”研究合著者、达特茅斯学院行星科学家穆库尔·夏尔马在一份声明中说。“我们希望利用海洋生物学来捕获浮游植物去除的二氧化碳，并通过将这些小荚送入海洋食物链，将其限制在深海中。”

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据 Sharma 介绍，研究中的碳粘土絮凝物也将成为被称为海洋雪的生物泵的重要组成部分。这种不断从海洋表面落下的尸体、矿物质和其他有机物质，将营养物质和食物输送到海洋深处。

夏尔马说：“我们正在制造海洋雪，通过专门附着在粘土矿物混合物上，它可以以更快的速度埋藏碳。”

所有浮游动物同时出现

浮游动物的日常活动也进一步加速了海洋造雪过程。在昼夜垂直迁移过程中，浮游动物从深海上升到数千英里，在靠近海洋顶部的营养丰富的水中觅食。这种大规模的举动就像整个城镇每天晚上步行数百英里只是为了在他们最喜欢的餐厅吃晚餐。

“浮游动物是进食和排泄的机器，”夏尔马说。“当你把它们的粪便切开时，你会看到所有这些未被消化的浮游植物的残留物。”

视频：研究人员的方法是将粘土粉喷洒在大量微小海洋植物（称为浮游植物）上，这些植物可以覆盖数百平方英里，每年可从大气中去除 1500 亿吨二氧化碳。但当植物死亡时，大部分碳会重新进入大气。研究人员的方法将自由漂浮的碳以微小黏性粘土球和有机碳（称为絮凝物）的形式转移到海洋食物链中（如图所示），这些絮凝物被浮游动物消耗或沉入更深的水域。图片来源：Mukul Sharma/达特茅斯。

本研究中混合物产生的粘土和碳絮凝物将与浮游动物消耗的所有其他物质混合。当太阳升起时，碳絮凝物可能会随浮游动物一起回到更深的水域，并作为粪便沉积下来。这种动态——称为主动运输——是海洋生物泵的另一个关键部分。下沉会缩短碳到达较低深度所需的时间。

“浮游动物产生的粪便中含有黏土，下沉速度更快，”夏尔马说。“这些小家伙天生就喜欢吃这种颗粒物质。我们的实验表明，它们无法分辨粪便中是黏土和浮游植物，还是只有浮游植物——它们只是吃这些。当它们排泄时，它们已经深达数百米，所有的碳也都深达地下。”

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“我们才刚刚开始”

在未来的研究中，该团队计划进行实地试验，使用喷洒农作物的飞机将粘土喷洒到南加州海岸的浮游植物群上。放置在离岸不同深度的传感器可能能够捕捉到不同浮游动物物种如何吞噬粘土碳絮凝物。了解这一点将有助于该团队更好地了解部署这种方法的最佳时间和地点，以及有多少碳被排放到深海。

“找到合适的海洋环境来进行这项工作非常重要。你不能随心所欲地到处倾倒粘土，”夏尔马说，“我们需要先了解不同深度的效率，这样我们才能在开始工作之前了解启动这一过程的最佳地点。我们还没有到那一步——我们才刚刚开始。”