来自世界上最小的动物的微小粪便可能有助于从地球大气中吸走一些温室气体。 在实验室测试一种使用粘土粉尘的新型实验方法时，一个科学团队发现，粘土可以帮助浮游动物抓住更多的吸热二氧化碳。然后，这些动物可以将碳沉积在海洋最深的底部，在那里以粪便的形式储存起来。这种实验方法尚未准备好部署到海洋中，但已在12月10日发表于《科学报告》杂志的一项研究中进行了详细介绍。该研究的发现也将于今天在美国地球物理学年会（American Geophysical Union）上公布。
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喂养浮游动物的浮游植物
新技术始于大量的被称为浮游植物的微小植物。这些浮游植物的增长会每年从大气中去除约1500亿吨二氧化碳，这是它们进行光合作用的结果。它们将温室气体转化为有机碳颗粒，用于自身生长和繁衍。
然而，当浮游植物死亡时，海洋细菌会吞食它们腐烂的尸体，而捕获的大量二氧化碳会重新释放到大气中。这时，非植物的动物——浮游动物——就派上用场了。
粘性团块
在这项新研究中，一个科学团队利用2023年浮游植物生长高峰期从缅因湾采集的水进行了实验室实验。他们向水样中喷洒了粘土粉尘，粉尘附着在浮游植物释放的有机碳上。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“团块”（flocs）的小而粘的团块。
根据团队的说法，浮游动物随后大吃特吃这些粘性团块。一旦团块被消化，嵌入动物粪便中的粘土就会下沉，可能将碳埋藏在可以储存数千年的深度。未被吃掉的团块也会下沉并变大，因为在下沉过程中会附着更多的有机碳和死亡或垂死的浮游植物。
在实验中，粘土粉尘捕获了高达50%的死亡浮游植物释放的碳，使其在成为空气中的气体之前就被捕获。添加实验性粘土增加了可以收集碳的粘性有机颗粒的浓度。在用粘土处理过的海水中，引发碳重新释放到大气中的细菌种群同时减少。
海洋雪
在海面散布粘土可以加速一个被称为生物泵的自然循环——碳从大气中移除并储存在海洋中。
“通常，在海面捕获的碳只有一小部分能够进入深海进行长期储存。我们方法的创新之处在于利用粘土使生物泵更有效，”该研究的合著者、达特茅斯学院行星科学家Mukul Sharma在一份声明中说。“我们希望利用海洋的生物学来捕获浮游植物去除的二氧化碳，并通过将这些小团块通过海洋食物链输送，将其限制在深海。”
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根据Sharma的说法，研究中的碳-粘土团块也将成为生物泵的一个重要组成部分，被称为海洋雪。这种由尸体、矿物质和其他有机物组成的持续不断的降落物从海面落下，将营养物质和食物输送到海洋的更深处。
“我们正在创造一种海洋雪，它可以通过特异性地附着在混合的粘土矿物上，以更快的速度埋藏碳，”Sharma说。
所有地方的所有浮游动物
由于其日常活动，浮游动物还可以进一步加速海洋雪的形成过程。在昼夜垂直迁移期间，浮游动物从深处上升数千英里，到靠近海面营养丰富的水域进食。这种大规模的迁徙就像全镇的人每晚步行数百英里去他们最喜欢的餐厅吃饭。
“浮游动物是吃喝机器，”Sharma说。“当你切开它们的粪便时，你会看到所有这些未被消化的浮游植物的残骸。”
视频：研究人员的方法是将粘土粉尘喷洒在覆盖数百平方英里的大片微小海洋植物（称为浮游植物）上，这些植物每年能从大气中去除1500亿吨二氧化碳。但大部分碳在植物死亡时会重新进入大气。研究人员的方法将游离碳以粘土和有机碳形成的微小粘性团块（称为团块，见图）的形式转移到海洋食物链中，这些团块被浮游动物食用或沉入更深的水域。图片来源：Mukul Sharma/Dartmouth。
该研究中由混合物产生的粘土和碳团块会与其他物质混合，这些物质是浮游动物消耗的。当太阳升起时，碳团块会随着浮游动物回到更深的水域，并以粪便的形式沉积。这种被称为主动运输的动态过程是海洋生物泵的另一个关键部分。下沉过程缩短了碳到达较低深度所需的时间。
“浮游动物产生的含粘土的粪便下沉速度更快，”Sharma说。“这些颗粒物质是这些小家伙们专门用来吃的。我们的实验表明，它们分辨不出是粘土和浮游植物还是只有浮游植物——它们只是吃。当它们排出粪便时，它们位于水面以下数百米处，所有的碳也都在那里。”
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“我们才刚开始”
在未来的研究中，该团队计划进行实地实验，使用农用飞机将粘土喷洒在南加州海岸的浮游植物生长区。放置在近海不同深度的传感器可以捕捉不同浮游动物物种如何吞食粘土-碳团块。了解这一点将帮助团队更好地了解部署这种方法的最佳时间和地点，以及有多少碳被输送到深海。
“找到合适的海况来开展这项工作非常重要。你不能随便到处倾倒粘土，”Sharma说。“我们首先需要了解不同深度的效率，这样我们才能了解在投入使用之前，最适合启动这个过程的地方。我们还没有达到那个阶段——我们才刚开始。”
