먼지의 숨겨진 역할 발견 – 바다에 영양 공급 및 기후 변화 조절
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먼지의 숨겨진 역할 발견 – 바다에 영양 공급 및 기후 변화 조절
주제:해양 생물학NASA 고다드 우주 비행 센터해양학오리건주립대학교메릴랜드 대학교
By 오레곤 주립 대학교 2023년 5월 9일
중국 먼지. 신용: NASA 지구 관측소
오레곤 주립 대학의 한 과학자는 지구 해양 생태계를 유지하고 대기 중 이산화탄소 수준을 제어하는 데 있어서 먼지의 역할을 밝히는 것을 목표로 하는 새로운 연구를 주도하고 있습니다.
연구원들은 바다의 최상층에 서식하며 해양 먹이 사슬의 기초 역할을 하는 식물과 유사한 유기체인 식물성 플랑크톤이 필수 영양소를 얻기 위해 육상 공급원의 먼지에 의존한다는 사실을 오랫동안 알고 있었습니다. 그러나 이 먼지(바람에 의해 운반되고 지구 기후에 영향을 미치는 토양과 같은 출처의 입자)의 영향의 범위와 규모를 전 세계적으로 정량화하는 것은 어려운 일임이 입증되었습니다.
"현대 관측 기록을 사용하여 지구 규모에서 바다에 퇴적된 먼지에 의해 운반되는 영양분이 지표 해양 생물학에서 반응을 일으키고 있다는 사실이 처음으로 밝혀졌습니다."라고 토비 웨스트베리(Toby Westberry)는 말했습니다. Oregon State의 해양학자이자 Science 에 방금 출판된 논문의 주저자입니다 .
바다는 탄소 순환에서 중요한 역할을 합니다. 대기의 이산화탄소는 표층수에 용해되며, 여기서 식물성 플랑크톤은 광합성을 통해 탄소를 유기물로 바꿉니다 . 새로 형성된 유기물 중 일부는 표층 해양에서 심해로 가라앉아 생물학적 펌프로 알려진 경로를 통해 잠깁니다.
새 논문에서 Westberry와 Oregon State의 다른 과학자들; 메릴랜드 대학교 , 볼티모어 카운티; NASA Goddard Space Flight Center는 먼지 퇴적물이 전 세계 연간 수출 생산량 또는 탄소 흡수원의 4.5%를 지원한다고 추정합니다. 이 기여도의 지역적 편차는 훨씬 더 높아 20%에서 40%에 달할 수 있다는 것을 발견했습니다.
호주 먼지. 신용: NASA 지구 관측소
Westberry는 "대기에서 탄소를 심해로 보내는 경로이기 때문에 중요합니다."라고 말했습니다. "생물학적 펌프는 지구 온난화와 기후 변화를 주도하는 지배적인 요인인 대기 중 이산화탄소에 대한 핵심 통제 중 하나입니다."
해양에서 식물성 플랑크톤 성장에 필수적인 영양분은 심해에서 수면으로 영양분의 물리적 이동을 통해 주로 제공되며, 이는 혼합 또는 용승으로 알려진 과정입니다. 그러나 일부 영양소는 대기 먼지를 통해서도 제공됩니다.
지금까지 대기 입력에 대한 자연 해양 생태계의 반응에 대한 이해는 산불, 화산 폭발 및 극심한 먼지 폭풍과 같은 단일 대규모 사건으로 제한되었습니다. 실제로 Westberry와 다른 사람들의 이전 연구 에서는 알래스카 남서부의 Kasatochi 섬에서 2008년 분출 후 생태계 반응을 조사했습니다.
새로운 논문에서 Westberry와 식물학 및 식물 병리학과의 오리건주 교수인 Michael Behrenfeld는 UMBC 및 NASA 의 과학자들과 함께 전 세계 식물성 플랑크톤 반응을 살펴보기 위해 이 과거 연구를 기반으로 구축했습니다.
Westberry와 Behrenfeld는 위성 데이터를 사용하여 먼지 유입에 따른 해양 색상의 변화를 조사하는 데 집중했습니다. 해양 색상 이미지는 매일 전 세계 바다에서 수집되며 식물성 플랑크톤의 풍부함과 전반적인 건강 상태의 변화를 보고합니다. 예를 들어, 더 푸른 물은 일반적으로 풍부하고 건강한 식물성 플랑크톤 개체군에 해당하는 반면, 더 푸른 물은 식물성 플랑크톤이 부족하고 종종 영양이 부족한 지역을 나타냅니다.
호주 먼지. 신용: NASA 지구 관측소
UMBC와 NASA의 과학자들은 먼지 이동과 해수면 퇴적을 모델링하는 데 집중했습니다.
“위성이 먼지를 볼 수 없는 폭풍우 동안 많은 퇴적물이 발생하기 때문에 얼마나 많은 먼지가 바다에 퇴적되었는지 결정하는 것은 어렵습니다. 이것이 바로 우리가 모델로 전환한 이유입니다. UMBC 팀은 그 결과를 연구에 통합하기 전에 NASA 글로벌 모델을 확인하기 위해 관찰을 사용했습니다.
연구팀은 함께 일하면서 먼지 퇴적에 대한 식물성 플랑크톤의 반응이 위치에 따라 다르다는 것을 발견했습니다.
저위도 해양 지역에서 먼지 유입의 특징은 주로 식물성 플랑크톤 건강의 개선으로 보이지만 풍부하지는 않습니다. 대조적으로, 고위도 해역의 식물성 플랑크톤은 종종 먼지가 제공될 때 건강이 개선되고 풍부도가 증가합니다. 이 대조는 식물성 플랑크톤과 그것을 먹는 동물 사이의 다른 관계를 반영합니다.
저위도 환경은 더 안정적인 경향이 있어 식물성 플랑크톤 성장과 포식 사이의 균형이 빡빡합니다. 따라서 먼지가 식물성 플랑크톤의 건강 또는 성장 속도를 개선하면 이 새로운 생산물이 빠르게 소비되고 거의 즉시 먹이 사슬로 이전됩니다.
고위도에서는 끊임없이 변화하는 환경 조건 때문에 식물성 플랑크톤과 포식자 사이의 연결 고리가 약합니다. 따라서 먼지가 식물성 플랑크톤 성장을 자극하면 포식자는 한 발짝 뒤처지고 식물성 플랑크톤 개체군은 건강이 향상되고 풍부해집니다.
연구팀은 이 연구를 계속하면서 개선된 모델링 도구를 도입하고 NASA의 다가오는 플랑크톤, 에어로졸, 구름, 해양 생태계(PACE) 위성 임무에서 더 발전된 위성 데이터를 준비하고 있습니다. 이 중 일부는 UMBC가 설계한 HARP2 장비를 만들었습니다.
"현재의 분석은 대기 입력의 엄청난 동적 범위에 대한 측정 가능한 해양 생물학적 반응을 보여줍니다."라고 Westberry는 말했습니다. "우리는 지구가 계속 따뜻해짐에 따라 대기와 바다 사이의 연결 고리가 변할 것으로 예상합니다."