లోతైన సముద్రంలోని ‘యాంత్రిక షార్ట్‌కట్’ కార్బన్ రవాణా అంచనాలను సవరించవచ్చు

లోతైన సముద్రంలోని ‘యాంత్రిక షార్ట్‌కట్’ కార్బన్ రవాణా అంచనాలను సవరించవచ్చు

Science Advancesలో ప్రచురితమైన కొత్త అధ్యయనం ప్రకారం, సముద్రంలోని అత్యంత ముఖ్యమైన కార్బన్-రవాణా ప్రక్రియలలో ఒకటి, చాలా మంది భావించినదానికంటే సేంద్రీయ పదార్థాన్ని కిందకు మరింత వేగంగా, మరింత సమర్థవంతంగా తరలించవచ్చు. Institute of Marine Sciences మరియు Barcelona Supercomputing Center నేతృత్వంలోని పరిశోధకులు, ఉపధ్రువ ఉత్తర అట్లాంటిక్‌లో శీతాకాలంలో జరిగే పెద్ద స్థాయి పైకి-కిందకి నీటి కదలిక ఒక “యాంత్రిక షార్ట్‌కట్”లా పనిచేసి, ఉపరితలంలోని పోషకాలు అధికంగా ఉన్న సేంద్రీయ కణాలను 1,000 మీటర్లకంటే ఎక్కువ లోతుకు తీసుకెళ్తుందని గుర్తించారు.

ఈ కనుగొలుపు ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే సముద్రం భూమి యొక్క ప్రధాన వాతావరణ నియంత్రకాలలో ఒకటి. ఉపరితలం సమీపంలో ఏర్పడిన సేంద్రీయ పదార్థం లోతైన సముద్రంలోకి, చివరికి సముద్రతట్టం వైపుకు మారినప్పుడు, కార్బన్ దీర్ఘకాలం వాతావరణం నుంచి దూరంగా నిల్వ ఉండగలదు. అయితే ఈ మార్గాన్ని కొలవడం కష్టం, ఎందుకంటే ఇందులో ఉపరితల జీవక్రియల నుంచి లోతైన నీటి రవాణా వరకు అన్నీ వస్తాయి. కొత్త పని ఈ శృంఖలలో తక్కువగా గుర్తించబడిన ఒక ప్రక్రియను పరిమాణాత్మకంగా అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తోంది.

గురుత్వాకర్షణకంటే వేగవంతమైన మార్గం

సముద్ర కార్బన్ ఎగుమతికి సంబంధించిన సాధారణ వివరణల్లో, సేంద్రీయ కణాలు గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో నెమ్మదిగా కిందకు మునుగుతాయి. ఆ యంత్రాంగం ఇంకా ముఖ్యమే, కానీ కొత్త అధ్యయనం అది మొత్తం కథ కాదని వాదిస్తోంది. Labrador మరియు Irminger seas వంటి ప్రాంతాలలో, శీతాకాల పరిస్థితులు ఉపరితల జలం మరింత సాంద్రంగా మారి, వేగంగా కిందకు దిగేలా చేసి, లోతైన సంవహనాన్ని ప్రేరేపించే ఘటనలను ప్రారంభించగలవు.

తీవ్రమైన చలికాల గాలులు ఉపరితల నీటిని కిందకు దూకేంత భారంగా మారే వరకు చల్లబరుస్తాయి. deep convection అని పిలిచే ఈ ప్రక్రియ, ప్రపంచ సముద్రాలను కలిపి వాతావరణాన్ని నియంత్రించడంలో సహాయపడే దీర్ఘకాలిక ప్రసరణలో ఇప్పటికే భాగంగా గుర్తించబడింది. పరిశోధకులు హైలైట్ చేస్తున్నది ఏమంటే, అదే ప్రక్రియ జీవించే microalgae మరియు సేంద్రీయ మలినాలను సాధారణ నెమ్మదిగా కణాల కూర్చడం కంటే చాలా వేగంగా కిందకు లాగగలదు.

అందుకే ఆ బృందం ఈ మార్గాన్ని ఒక యాంత్రిక షార్ట్‌కట్‌గా వర్ణిస్తోంది. నీటి నిలువు కాలమ్‌లో పదార్థం తన బరువుతో క్రమంగా పడిపోవడానికి వేచిచూడకుండా, సముద్రం ఆ పదార్థాన్ని పట్టుకుని మధ్యమధ్యలో కానీ శక్తివంతమైన తుఫాన్లలా కిందకు తరలిస్తుంది. మూల పాఠ్యాన్ని అనుసరించి, ఈ మార్గం ప్రాంతీయమైనది మరియు అప్పుడప్పుడు మాత్రమే జరుగుతుంది, కానీ జరిగినప్పుడు గురుత్వాధారిత అవక్షేపణ కంటే చాలా సమర్థవంతంగా ఉంటుంది.

ఉత్తర అట్లాంటిక్‌లో పరిశోధకులు ఏమి గమనించారు

ఈ అధ్యయనం వాస్తవ ప్రపంచ కొలతలను అధునాతన కంప్యూటర్ సిమ్యులేషన్లతో కలిపింది. శాస్త్రవేత్తలు Biogeochemical-Argo floats నుండి వచ్చిన డేటాను విశ్లేషించారు, ఇవి సుమారు 1,000 మీటర్ల లోతులో తేలుతూ కొలతలను సేకరించే స్వయంచాలక అండర్‌వాటర్ రోబోట్లు. 2014 నుండి 2017 మధ్య సేకరించిన డేటాలో, బృందం లోతైన Labrador మరియు Irminger seas‌లో ఆశ్చర్యకరమైన chlorophyll peaks‌ను గుర్తించింది, అవి ఉపరితల నీరు తీవ్రంగా కిందకు దిగిన ఘటనలతో సమకాలీనంగా ఉన్నాయి.

ఈ పరిశీలన ప్రత్యేకంగా కనిపించింది, ఎందుకంటే chlorophyll సాధారణంగా సూర్యకాంతి ఉన్న ఉపరితల పొరతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, అక్కడ photosynthetic జీవులు ఉంటాయి. ఇంత లోతులో పెరిగిన chlorophyll సంకేతాలు కనిపించడం, పై సముద్రం నుంచి వచ్చిన పదార్థం అక్కడికి చేరేలోపు నెమ్మదిగా నశించకుండా వేగంగా కిందకు రవాణా అయ్యిందని సూచిస్తోంది.

సిమ్యులేషన్లు ఆ అర్థాన్ని పరీక్షించి పరిమాణం అంచనా వేయడంలో బృందానికి సహాయపడ్డాయి. float observations‌ను high-performance modeling‌తో కలిపి, శీతాకాల సంవహనం తక్కువ కాలంలో తాజా సేంద్రీయ పదార్థాన్ని లోతైన సముద్రంలోకి ఎలా పంపుతుందో పరిశోధకులు అనుసరించగలిగారు. దాంతో, సంప్రదాయ నమూనా సేకరణతో మాత్రమే పట్టుకోవడం కష్టమైన రవాణా ప్రక్రియకు మరింత స్పష్టమైన చిత్రం లభించింది.

ఇది కార్బన్-నిల్వ చర్చను ఎందుకు మార్చుతుంది

ఈ అధ్యయనం యొక్క ప్రాథమిక ప్రాముఖ్యత సముద్రశాస్త్ర వివరాలకు మాత్రమే పరిమితం కాదు. సముద్రంలో కార్బన్ లెక్కింపు ఉపరితలం విడిచిపెట్టే సేంద్రీయ పదార్థం ఎంత, అది ఎంత వేగంగా ప్రయాణిస్తుంది, దిగే మార్గంలో ఎంత నశిస్తుంది, మరియు దీర్ఘకాలిక నిల్వకు అనుకూలమైన లోతులకు ఎంత చేరుతుంది అనే అవగాహనపై ఆధారపడి ఉంటుంది. deep convection ఆశించినదానికంటే వేగంగా పదార్థాన్ని కిందకు తరలించగలిగితే, ప్రస్తుత అంచనాలు కొన్ని ప్రాంతాలలో కార్బన్ ఎగుమతికి సంబంధించిన సమయం లేదా పరిమాణంలో కొంత భాగాన్ని మిస్ చేయవచ్చు.

ఈ ప్రక్రియను ఎల్లప్పుడూ ప్రతిచోటా పనిచేసే సార్వత్రిక యంత్రాంగంగా మూల పాఠ్యం చూపించదు. దీన్ని మధ్యమధ్యలో జరిగే, ప్రాంతీయ ప్రక్రియగా వర్ణించింది. కానీ ప్రాంతీయమని అర్థం తక్కువమని కాదు. ఉపధ్రువ ఉత్తర అట్లాంటిక్ వాతావరణపరంగా ముఖ్యమైనది, అక్కడి ప్రక్రియలు సముద్ర ప్రసరణ, జీవ ఉత్పాదకత, మరియు కార్బన్ sequestration ను శాస్త్రవేత్తలు ఎలా మోడల్ చేస్తారో ప్రభావితం చేయవచ్చు.

ఈ అధ్యయనం మరో విస్తృత శాస్త్రీయ అంశాన్ని కూడా బలపరుస్తోంది: భౌతిక సముద్ర గతిశాస్త్రం మరియు జీవకార్బన్ చక్రణాన్ని వేరువేరు వ్యవస్థలుగా చూడలేము. ఉపరితల జీవులు సేంద్రీయ పదార్థాన్ని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు, కానీ గాలులు, సాంద్రత మార్పులు, మరియు overturning circulation ఆ పదార్థం చివరికి ఎక్కడ చేరుతుందో బలంగా నిర్ణయించగలవు. ఈ సందర్భంలో, శీతాకాల భౌతిక శాస్త్రం జీవకార్బన్ పంప్‌లోని ఒక భాగాన్ని వేగవంతం చేస్తున్నట్టు కనిపిస్తోంది.

వాతావరణ సాధనాలుగా రోబోలు మరియు సూపర్‌కంప్యూటర్లు

ఈ పరిశోధన కూడా వాతావరణ శాస్త్రం ఎక్కువగా విభజిత సెన్సింగ్ మరియు కంప్యూటేషన్‌పై ఆధారపడుతోందని గుర్తు చేస్తుంది. Biogeochemical-Argo floats, నౌకా యాత్రలతో మాత్రమే పొందడం కష్టమైన మరియు ఖరీదైన, నిరంతర లోతు-ఆధారిత పరిశీలనలను అందించాయి. అవి దూరపు నీటిలో తేలుతూ నీటి నిలువు కాలమ్‌ను పదేపదే నమూనా తీసుకుంటాయి కాబట్టి, లేకపోతే గమనించబడని స్వల్పకాలిక ఘటనలను పట్టుకోవచ్చు.

తర్వాత supercomputing ఆ పరిశీలనలను వ్యవస్థ-స్థాయి వివరణగా మారుస్తుంది. ఉపధ్రువ ఉత్తర అట్లాంటిక్ వంటి సంక్లిష్ట వాతావరణంలో, కొలతలు ఏదో అసాధారణం జరిగిందని చూపవచ్చు, కానీ యంత్రాంగాన్ని పూర్తిగా వెల్లడించకపోవచ్చు. సంఖ్యాత్మక సిమ్యులేషన్లు పరిశోధకులకు గమనించిన లోతైన chlorophyll సంకేతాలు convection-driven transport యొక్క ఆశించిన ప్రవర్తనతో సరిపోతాయా అని పరీక్షించడానికి, అలాగే ఆ ప్రభావపు పరిమాణాన్ని అంచనా వేయడానికి సహాయపడతాయి.

స్వయంచాలక పరికరాలు మరియు గణనాత్మక మోడలింగ్ కలయిక Earth-system science‌లో కేంద్రంగా మారుతోంది. ఇది శాస్త్రవేత్తలకు snapshots నుంచి process understanding వైపు వెళ్లే వీలునిస్తుంది, ముఖ్యంగా శీతాకాల తుఫాన్లు మరియు దూర భౌగోళికత ప్రత్యక్ష పరిశీలనను సవాలుగా చేసే చోట్ల.

తరువాత ఏమి

ఈ అధ్యయనం సూచించే ప్రధాన భావన ఏమంటే, సముద్రం యొక్క కార్బన్ నిల్వ పాత్రను అంచనా వేస్తున్నప్పుడు శాస్త్రవేత్తలు ఋతుపరమైన, భౌతికంగా నడిచే ఎగుమతి ఘటనలపై మరింత దృష్టి పెట్టాల్సి రావచ్చు. శీతాకాల సంవహన సమయంలో వేగంగా కిందకు జరిగే రవాణా ఆశించినదానికంటే తాజా సేంద్రీయ కణాలను లోతుగా తీసుకెళ్తే, అది క్షేత్ర పరిశీలనలు మరియు దీర్ఘకాలిక వాతావరణ మోడళ్ల అర్థవ్యాఖ్యానాన్ని ప్రభావితం చేయవచ్చు.

భవిష్యత్ పని ఈ ఘటన ఎంత తరచుగా జరుగుతుంది, ఇందులో ఎంత కార్బన్ ఉంటుంది, అలాగే ఇలాంటి షార్ట్‌కట్‌లాంటి మార్గాలు ఇతర సముద్ర ప్రాంతాల్లో కూడా పనిచేస్తాయా అనే విషయాలపై దృష్టి సారించే అవకాశం ఉంది. మరో తెరిచి ఉన్న ప్రశ్న ఏమంటే, ఎగుమతి అయిన పదార్థంలో ఎంత భాగం చివరికి నశించకుండా మిగిలి, సముద్రతట్ట వ్యవస్థ సమీపంలో లేదా లోపల దీర్ఘకాలిక sequestration కు దోహదం చేస్తుంది.

ఈ తెలియని అంశాలు ఉన్నప్పటికీ, అధ్యయనం సముద్రం కార్బన్‌ను ఎలా బంధిస్తుందో అనే చిత్రాన్ని స్పష్టతరం చేస్తుంది. లోతైన సముద్రం కేవలం కణాల నెమ్మదైన వర్షం ద్వారా మాత్రమే చేరదు. కనీసం కొన్ని ప్రదేశాలు, కొన్ని ఋతువుల్లో, అది అకస్మాత్తుగా, యాంత్రికంగా నడిచే బదిలీల ద్వారా కూడా పోషించబడుతుంది, ఇవి ఉపరితల పదార్థాన్ని త్వరగా కిందకు తరలిస్తాయి. వాతావరణ శాస్త్రానికి ఇది కీలకమైన వ్యత్యాసం, ఎందుకంటే రవాణా వేగం మరియు లోతు సముద్రం వాతావరణాన్ని ఎంత సమర్థవంతంగా సమతుల్యం చేయగలదో ప్రభావితం చేస్తాయి.

కార్బన్-చక్ర పరిశోధన మరింత ఖచ్చితమవుతున్న కొద్దీ, ఈ వ్యత్యాసాలు మరింత ముఖ్యమవుతాయి. కొత్త పని సముద్ర కార్బన్ నిల్వ యొక్క మౌలికాంశాలను తిరగరాయదు, కానీ మ్యాప్‌లో ఒక సంభావ్యంగా ముఖ్యమైన మార్గాన్ని జోడిస్తుంది. చిన్న ప్రక్రియ తప్పిదాలు పెద్ద మోడలింగ్ అనిశ్చితులుగా మారగల రంగంలో, లోతైన సముద్రానికి వేగవంతమైన మార్గాన్ని గుర్తించడం అర్థవంతమైన పురోగతి.

ఈ వ్యాసం Phys.org నివేదికపై ఆధారపడింది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.