O mar é a máquina de armazenamento de dióxido de carbono mais formidável da Terra, mas os mistérios ainda abundam sobre os processos interligados desse armazenamento e a miríade de organismos envolvidos.

Agora, graças a uma série de artigos publicados na revista Fronteiras na ciência marinha , pesquisadores da Florida State University estão avançando em direção a uma compreensão mais clara do armazenamento de carbono do oceano, seus atores biológicos constituintes e os fatores que poderiam estar limitando sua eficiência.

Em três estudos da bomba de carbono biológica - o processo pelo qual o dióxido de carbono produzido por algas fotossintéticas na superfície do oceano é transferido para o fundo do mar e armazenado por milênios - o professor associado de oceanografia Mike Stukel e seus colaboradores descobriram que o zooplâncton microscópico é crítico, papéis frequentemente subestimados e às vezes opostos no transporte e sequestro de carbono.

"Esses organismos contribuem para a bomba de carbono biológica, criando pelotas fecais ricas em carbono que afundam rapidamente no oceano, "Stukel disse." No entanto, algum zooplâncton também se alimenta de partículas que se afundam, diminuindo assim a eficiência da bomba de carbono biológica. "

Cerca de 5 a 12 gigatoneladas de carbono são transportadas anualmente pela bomba de carbono biológica - um volume semelhante à quantidade de dióxido de carbono produzida por humanos todos os anos através da queima de combustíveis fósseis.

Contudo, hordas de zooplâncton faminto centenas de metros abaixo da superfície muitas vezes consomem partículas ricas em carbono que afundam em direção ao fundo do oceano, interromper esse processo de transporte.

"Isso evita que o carbono seja sequestrado em profundidades mais profundas e garante que ele estará de volta à atmosfera mais cedo, "Stukel disse.

A maioria dos estudos sobre o papel do zooplâncton nos ciclos biogeoquímicos globais, Stukel disse, concentraram-se principalmente no krill e em grupos comuns semelhantes, com a suposição de que seu comportamento é representativo de todo o zooplâncton do oceano. Mas seu estudo demonstra a variedade de maneiras que esses organismos diminutos podem se alterar, e às vezes impedem, a bomba de carbono biológica.

Em uma investigação de dois tipos específicos de zooplâncton, feodários e pterópodes, Stukel e sua equipe descobriram que esses grupos de organismos que se alimentam de partículas podem influenciar o transporte de carbono tanto quanto o zooplâncton alimentador de suspensão mais abundante, como o krill, que se alimentam de matéria orgânica flutuante perto da superfície do oceano.

“Algumas espécies têm características muito diferentes que lhes conferem uma importância desproporcional na biogeoquímica marinha, " ele disse.

A migração vertical regular do zooplâncton da superfície para águas mais profundas é essencial para o transporte e o sequestro seguro de carbono no oceano. Stukel e o estudante graduado da FSU, Thomas Kelly, descobriram que esses viajantes incansáveis ​​são responsáveis ​​por muito mais transporte de carbono do que as estimativas anteriores sugeriam.

Usando um avançado, modelo de ecossistema integrado, Stukel e Kelly avaliaram as taxas de produção de algas em nível de superfície, estimativas de biomassa e requisitos de presas para peixes e zooplâncton. Seu modelo mostrou que as demandas metabólicas de organismos centenas de metros abaixo da superfície exigiam maior emissão de carbono entregue pelo migrador do que o esperado.

Resultado:o transporte significativo de carbono do zooplâncton em migração vertical foi mais ecologicamente importante do que o previsto.

"A maioria das estimativas anteriores do fluxo de carbono relacionado à migração sugere que a migração é responsável apenas por 5 a 20 por cento do fluxo descendente, "Stukel disse." No entanto, nosso estudo sugere que os resultados anteriores podem ter subestimado a verdadeira importância da migração, e que pode realmente contribuir com quase metade do fluxo total nas regiões costeiras produtivas. "

Os pesquisadores têm um arsenal de estratégias para avaliar o fluxo de partículas ricas em carbono na bomba de carbono biológica. Alguns deles, como armadilhas de sedimentos à deriva, requerem muito tempo a bordo de navios de pesquisa, uma despesa que muitas vezes pode ser proibitiva.

Outro método, chamada de imagem óptica, permite que os cientistas tirem fotos detalhadas das partículas com câmeras subaquáticas e usem perfis dos tamanhos das partículas para obter uma nova compreensão de seu movimento ao longo da coluna d'água.

"Basicamente, a teoria nos diz que deve haver relações entre o tamanho da partícula e a velocidade de afundamento e o conteúdo de carbono, "Stukel disse." Se pudermos medir o tamanho e a abundância das partículas - e se essas relações teóricas se mantiverem - podemos estimar o fluxo de partículas tirando fotos das partículas no oceano. "

Stukel e o estudante de graduação da FSU, Christian Fender, colocaram em teste o método de imagem ótica mais econômico. Eles descobriram que os algoritmos convencionais para medir o fluxo de partículas a partir de perfis de imagem tiveram um desempenho particularmente ruim no ecossistema atual da Califórnia. O principal problema, Stukel disse, foi a falha dos algoritmos em contabilizar adequadamente os mais pesados, Pelotas fecais de zooplâncton de rápido afundamento, que são um componente importante do fluxo geral de partículas da região.

Em resposta a esta descoberta, a equipe desenvolveu um algoritmo projetado para estimar o fluxo do tamanho de partícula sob as condições específicas do ecossistema atual da Califórnia. Esses parâmetros especialmente adaptados, que destacou a importância das pelotas fecais do zooplâncton, superou significativamente os algoritmos padrão.

O estudo mostrou que, a fim de melhor capitalizar em estratégias de imagem óptica mais acessíveis, os pesquisadores precisam prestar muita atenção aos ambientes e partículas específicos que estão investigando.

"Nossos resultados mostram que as câmeras precisam quantificar não apenas o tamanho da partícula, mas também classifica que tipo de partícula é, "Stukel disse.

Os três estudos produzidos por Stukel e sua equipe revelam novos insights sobre a mecânica em microescala de um dos processos de transporte de carbono mais importantes do mundo. Além de destacar o zooplâncton de guarda que muitas vezes interrompe o sequestro de partículas altamente carbônicas e o papel historicamente subestimado dos migradores de plâncton na bomba de carbono biológica, a pesquisa também faz sugestões importantes sobre como avaliar melhor o fluxo de carbono em ambientes oceânicos variáveis ​​em todo o mundo.

Stukel said the best way to achieve a more comprehensive understanding of the biological carbon pump is to develop a deeper appreciation for the panoply of plankton that keep it pumping.

"Given their diverse roles in the biological carbon pump, it is important for scientists to not only consider how many zooplankton are in a particular region, but also to focus on the diversity and functional roles of these groups, " ele disse.