गहरे महासागरातील ‘यांत्रिक शॉर्टकट’ कार्बन वाहतुकीचे अंदाज सुधारू शकतो

गहरे महासागरातील ‘यांत्रिक शॉर्टकट’ कार्बन वाहतुकीचे अंदाज सुधारू शकतो

Science Advances मधील एका नव्या अभ्यासानुसार, महासागरातील सर्वात महत्त्वाच्या कार्बन-वाहतूक प्रक्रियांपैकी एक, अनेकांनी गृहित धरल्यापेक्षा सेंद्रिय पदार्थ अधिक जलद आणि अधिक कार्यक्षमतेने खाली नेत असू शकते. Institute of Marine Sciences आणि Barcelona Supercomputing Center यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधकांना आढळले की उपध्रुवीय उत्तर अटलांटिकमध्ये हिवाळ्यातील मोठ्या प्रमाणावरील वर-खाली हालचाल एक “यांत्रिक शॉर्टकट” म्हणून काम करू शकते, जी पृष्ठभागावरील पोषकद्रव्यांनी समृद्ध सेंद्रिय कणांना 1,000 मीटरपेक्षा अधिक खोलीवर घेऊन जाते.

हे निष्कर्ष महत्त्वाचे आहेत कारण महासागर पृथ्वीच्या प्रमुख हवामान-नियामकांपैकी एक आहे. पृष्ठाजवळ तयार झालेला सेंद्रिय पदार्थ जेव्हा खोल महासागरात आणि अखेरीस समुद्रतळाकडे जातो, तेव्हा कार्बन दीर्घकाळासाठी वातावरणापासून दूर साठवला जाऊ शकतो. मात्र हा मार्ग मोजणे कठीण आहे, कारण त्यात पृष्ठावरील जैविक क्रियाकलापांपासून खोल पाण्याच्या वाहतुकीपर्यंत सर्व काही समाविष्ट असते. नवीन काम या साखळीत कमी लक्ष मिळालेल्या प्रक्रियेचे प्रमाण मोजण्याचा प्रयत्न करते.

गुरुत्वाकर्षणापेक्षा जलद मार्ग

सागरी कार्बन निर्यातीच्या नेहमीच्या वर्णनांमध्ये, सेंद्रिय कण गुरुत्वाकर्षणामुळे हळूहळू खाली बसतात. ती यंत्रणा महत्त्वाचीच आहे, पण नवीन अभ्यास सांगतो की तेवढीच संपूर्ण कहाणी नाही. Labrador आणि Irminger seas सारख्या प्रदेशांत, हिवाळी परिस्थिती अशा घटना निर्माण करू शकते ज्यात पृष्ठीय पाणी अधिक दाट होते, वेगाने खाली बसते, आणि खोल संवहनाला चालना देते.

कडाक्याच्या थंड हिवाळी वाऱ्यांमुळे पृष्ठीय पाणी थंड होते, जोपर्यंत ते इतके जड होत नाही की खाली झेपावते. ही प्रक्रिया, deep convection म्हणून ओळखली जाते, आधीच जगातील महासागरांना जोडणाऱ्या आणि हवामान नियंत्रित करण्यास मदत करणाऱ्या दीर्घकालीन परिसंचरणाचा भाग म्हणून मान्य केली जाते. संशोधकांनी अधोरेखित केलेली गोष्ट अशी की हीच प्रक्रिया जिवंत microalgae आणि सेंद्रिय अवशेषांनाही नेहमीच्या हळूहळू होणाऱ्या कण-बसण्यापेक्षा खूपच जलद खाली खेचू शकते.

म्हणूनच संघ या मार्गाचे वर्णन यांत्रिक शॉर्टकट असे करतो. पाण्याच्या स्तंभातून पदार्थ स्वतःच्या वजनाने खाली पडण्याची वाट पाहण्याऐवजी, महासागर प्रत्यक्षात तो पदार्थ पकडून खंडित पण शक्तिशाली झटक्यांमध्ये खाली नेतो. मूळ मजकुरानुसार, हा मार्ग प्रादेशिक आणि अधूनमधून होणारा आहे, पण तो घडतो तेव्हा गुरुत्वावर आधारित निक्षेपणापेक्षा बरीच अधिक कार्यक्षम असतो.

उत्तर अटलांटिकमध्ये संशोधकांना काय आढळले

या अभ्यासात प्रत्यक्ष जगातील मोजमापे आणि प्रगत संगणकीय सिम्युलेशन्स यांचा मेळ घालण्यात आला. शास्त्रज्ञांनी Biogeochemical-Argo floats या स्वायत्त पाण्याखालील रोबोट्सच्या डेटाचे विश्लेषण केले, जे सुमारे 1,000 मीटर खोलीवर तरंगत मोजमापे गोळा करतात. 2014 ते 2017 दरम्यान मिळालेल्या डेटामध्ये, संघाने खोल Labrador आणि Irminger seas मध्ये आश्चर्यकारक chlorophyll peaks शोधले, जे पृष्ठीय पाणी तीव्रतेने खाली जात असलेल्या घटनांशी जुळत होते.

हे निरीक्षण ठळक होते कारण chlorophyll सहसा सूर्यप्रकाशित पृष्ठीय थराशी संबंधित असते, जिथे प्रकाशसंश्लेषक जीव राहतात. इतक्या खोलीवर वाढलेले chlorophyll संकेत आढळणे हे सूचित करत होते की वरच्या महासागरातून आलेला पदार्थ तिथे पोहोचण्यापूर्वी हळूहळू विघटित होण्याऐवजी वेगाने खाली नेला गेला होता.

सिम्युलेशन्सनी संघाला त्या अर्थाचा कस लावण्यास आणि त्याचे परिमाण ठरवण्यास मदत केली. float observations आणि high-performance modeling यांची सांगड घालून संशोधकांना हिवाळी संवहन कमी कालावधीत ताजे सेंद्रिय पदार्थ खोल महासागरात कसे पाठवते हे मागोवा घेता आले. परिणामी, पारंपरिक नमुना संकलनाने एकट्याने पकडणे कठीण असलेल्या वाहतूक प्रक्रियेचे अधिक स्पष्ट चित्र मिळाले.

कार्बन-साठवण चर्चेत हे का महत्त्वाचे ठरते

या अभ्यासाचे व्यावहारिक महत्त्व केवळ समुद्रशास्त्रीय तपशीलात नाही. समुद्रातील कार्बन हिशेबासाठी हे समजणे आवश्यक आहे की किती सेंद्रिय पदार्थ पृष्ठभाग सोडतो, तो किती वेगाने प्रवास करतो, खाली जाताना किती विघटित होतो, आणि किती पदार्थ अशा खोलीपर्यंत पोहोचतो जिथे दीर्घकालीन साठवण अधिक शक्य होते. जर deep convection अपेक्षेपेक्षा जलद पदार्थ खाली नेत असेल, तर विद्यमान अंदाज काही प्रदेशांमध्ये कार्बन निर्यातीच्या वेळेचा किंवा प्रमाणाचा काही भाग चुकवू शकतात.

मूळ मजकूर हे सर्वत्र आणि नेहमी चालणाऱ्या सार्वत्रिक यंत्रणेसारखे सादर करत नाही. ही प्रक्रिया अधूनमधून आणि प्रादेशिक आहे असे वर्णन केले आहे. पण प्रादेशिक म्हणजे किरकोळ नाही. उपध्रुवीय उत्तर अटलांटिक हवामानाच्या दृष्टीने महत्त्वाचा आहे, आणि तिथल्या प्रक्रिया समुद्री परिसंचरण, जैविक उत्पादकता, आणि कार्बन sequestration यांचे मॉडेलिंग कसे केले जाते यावर परिणाम करू शकतात.

हा अभ्यास एक व्यापक वैज्ञानिक मुद्दाही अधोरेखित करतो: भौतिक महासागरी गतीशास्त्र आणि जैविक कार्बन चक्र यांना स्वतंत्र प्रणाली मानता येत नाही. पृष्ठभागावरील जीव सेंद्रिय पदार्थ तयार करतात, पण वारे, घनतेतील बदल, आणि overturning circulation त्या पदार्थाचे अंतिम स्थान ठरवण्यात मोठी भूमिका बजावू शकतात. या प्रकरणात, हिवाळी भौतिकी जैविक कार्बन पंपाचा एक भाग वेगवान करताना दिसते.

हवामान साधने म्हणून रोबोट्स आणि सुपरकॉम्प्युटर्स

हा संशोधनप्रकल्प हेही दाखवतो की हवामान विज्ञान आता अधिकाधिक वितरित संवेदन आणि संगणनावर अवलंबून आहे. Biogeochemical-Argo floats ने सातत्यपूर्ण, खोलीनिहाय निरीक्षणे दिली, जी केवळ जहाज मोहिमांद्वारे मिळवणे कठीण आणि महाग असते. दूरस्थ पाण्यात ते फिरत राहतात आणि वारंवार पाण्याच्या स्तंभाचे नमुने घेतात, त्यामुळे अल्पकालीन घटना त्या पकडू शकतात ज्या अन्यथा लक्षातच आल्या नसत्या.

मग supercomputing त्या निरीक्षणांना प्रणालीस्तरावरील स्पष्टीकरणात रूपांतरित करते. उपध्रुवीय उत्तर अटलांटिकसारख्या गुंतागुंतीच्या वातावरणात, केवळ मोजमापातून काहीतरी असामान्य घडले हे दिसू शकते, पण यंत्रणा पूर्णपणे उलगडत नाही. संख्यात्मक सिम्युलेशन्स संशोधकांना तपासू देतात की पाहिले गेलेले खोल chlorophyll संकेत convection-driven transport च्या अपेक्षित वर्तनाशी जुळतात का, आणि त्या परिणामाचा व्याप किती आहे हे ठरवू देतात.

स्वायत्त उपकरणे आणि संगणकीय मॉडेलिंग यांचा हा संगम Earth-system science मध्ये मध्यवर्ती होत चालला आहे. यामुळे वैज्ञानिकांना snapshots मधून process understanding कडे जाणे शक्य होते, विशेषतः अशा ठिकाणी जिथे हिवाळी वादळे आणि दुर्गम भूगोल प्रत्यक्ष निरीक्षण कठीण करतात.

पुढे काय

या अभ्यासाचा मुख्य अर्थ असा आहे की समुद्राच्या कार्बन साठवणुकीतील भूमिकेचे मूल्यांकन करताना शास्त्रज्ञांना हंगामी, भौतिकदृष्ट्या चालित निर्यात घटनांकडे अधिक लक्ष द्यावे लागू शकते. जर हिवाळी संवहनादरम्यान जलद खालील वाहतूक अपेक्षेपेक्षा अधिक खोलवर ताजे सेंद्रिय कण नेत असेल, तर ते क्षेत्रीय निरीक्षणे आणि दीर्घकालीन हवामान मॉडेल्स यांच्या अर्थ लावण्यावर परिणाम करू शकते.

भविष्यातील काम बहुधा हे किती वेळा घडते, किती कार्बन यात सामील आहे, आणि अशाच शॉर्टकटसारख्या मार्गांचा इतर महासागरी प्रदेशांतही वापर होतो का, यावर केंद्रित असेल. आणखी एक उघडा प्रश्न असा आहे की निर्यात झालेल्या पदार्थाचा किती भाग विघटनातून वाचतो आणि समुद्रतळाजवळ किंवा आत दीर्घकालीन sequestration मध्ये योगदान देतो.

या अनिश्चिततांनंतरही, अभ्यास महासागर कार्बन कसा साठवून ठेवतो याचे चित्र अधिक स्पष्ट करतो. खोल समुद्रात पोहोचणे केवळ कणांच्या हळूहळू होणाऱ्या पावसामुळे होत नाही. किमान काही ठिकाणी आणि काही ऋतूंमध्ये, तो अचानक, यांत्रिकरित्या चालित हस्तांतरणांनीही पुरवला जाऊ शकतो, जे पृष्ठीय पदार्थ झटपट खाली पाठवतात. हवामान विज्ञानासाठी हा महत्त्वाचा फरक आहे, कारण वाहतुकीचा वेग आणि खोली महासागर वातावरणाला किती प्रभावीपणे संतुलित करू शकतो यावर परिणाम करतात.

कार्बन-चक्र संशोधन अधिक अचूक होत असताना, असे फरक अधिक महत्त्वाचे ठरतात. हे नवीन काम महासागरीय कार्बन साठवणुकीची मूलभूत तत्त्वे बदलत नाही, पण नकाशात एक संभाव्य महत्त्वाचा मार्ग जोडते. ज्या क्षेत्रात लहान प्रक्रियात्मक चुका मोठ्या मॉडेलिंग अनिश्चिततांमध्ये वाढू शकतात, तिथे गहन महासागरापर्यंत जलद मार्ग ओळखणे ही अर्थपूर्ण प्रगती आहे.

हा लेख Phys.org च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.