Tất cả sự sống trên Trái Đất – từ cá voi xanh có kích thước lớn đến những vi khuẩn nhỏ xíu đều sử dụng carbon dưới dạng này hay dạng khác. Tuy nhiên, trong đại dương sâu, tất cả cácbon không được tạo ra bằng nhau. Trong khi một số khác như đường và protein, nhanh chóng bị các vi sinh vật gọi là đại dương. Các nhà khoa học từ lâu đã tin rằng rất ít cacbon được ăn. Phần lớn nó đơn giản rơi xuống đáy đại dương và giúp tạo nên trầm tích nước sâu, mặc dù một số phân tử nhỏ vẫn lơ lửng trong đại dương và trôi nổi cùng với dòng chảy trong hàng ngàn năm.
Các vi sinh vật trong tầng chứa nước dưới đáy biển chứa cacbon trong chất lỏng chảy qua lớp đá thấm.
(Cung cấp hình ảnh: Quỹ khoa học quốc gia)
Nhưng một nhóm các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi Giáo sư Sinh vật học tiến hóa sinh vật Peter Girguis và Suni Shah Walter, sau đó là một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Girguis, đã chỉ ra rằng tầng ngậm nước ngầm dọc theo hành lang giữa đại dương giống như các lò phản ứng sinh học tự nhiên, kéo trong nước biển lạnh, ôxy hóa, và cho phép vi khuẩn phân hủy nhiều hơn – có lẽ nhiều hơn – carbon chịu lửa hơn các nhà khoa học từng tin. Nghiên cứu được mô tả trong một bài báo ngày 23 tháng 4 được công bố trên tạp chí Nature Geoscience .
“Điều này có triển vọng thực sự định hình lại cách chúng ta nghĩ về việc di chuyển của carbon trong đại dương sâu”, Girguis nói. “Thay vì thiết lập một lò phản ứng nhỏ ở đây trong phòng thí nghiệm với có thể mười lít nước và bơm nó xung quanh để có được một số kết quả, đây là một phòng thí nghiệm tự nhiên.
“Vào cuối ngày, cộng đồng của chúng tôi muốn biết những gì xảy ra với carbon”, ông tiếp tục. “Chúng tôi biết nó được sản xuất trên bề mặt bởi tảo quang hợp. Chúng tôi biết cá ăn một ít. Chúng tôi biết một số trong đó chìm. Chúng tôi có thể giải thích cho điều đó, nhưng chúng tôi có một số lỗ khổng lồ trong ngân sách của chúng tôi.”
Trong khi nghiên cứu bắt đầu đóng những khoảng trống đó, nó cũng giúp chiếu sáng một phần của chu kỳ carbon biển sâu đã là một bí ẩn.
“Chúng tôi không biết nơi mà tất cả các carbon cũ đi, và tầng ngậm nước ngầm là một phần của câu trả lời”, Shah Walter nói thêm. “Phần lớn các chất lỏng lưu thông qua lớp vỏ có thể trông như thế này, chúng tôi chỉ không biết nhiều về những gì đang xảy ra trong chúng trước đây.”
Michael Sieracki, giám đốc chương trình thuộc Khoa Khoa học Đại dương của Quỹ Khoa học Quốc gia, đã tài trợ cho nghiên cứu này cho biết: “Nghiên cứu này cho thấy rằng cộng đồng vi khuẩn dưới biển rộng lớn có thể được nuôi bằng nước biển qua lớp vỏ đại dương sâu”. “Đổi lại, những vi khuẩn này thay đổi thành phần của nước biển sau đó lưu thông trở lại đại dương.”
Tại trung tâm của hệ thống, Girguis cho biết, là sườn núi giữa đại dương, một chuỗi lớn các ngọn núi dưới đáy biển bao phủ toàn cầu.
Một phần quan trọng trong sự phát triển của lý thuyết kiến tạo, trong đại dương sâu hệ thống sườn núi hoạt động giống như một tế bào đối lưu – nước thấm vào các vết nứt và vết nứt ở hai bên sườn núi và được làm nóng khi nó gần với trục, nơi magma gần bề mặt. Khi nước nóng tăng lên, nước biển lạnh, ôxy hóa được kéo vào đá, tạo ra một tầng chứa nước ngầm dưới đáy biển khổng lồ.
Đối với các nhà khoa học – như Girguis – làm việc để hiểu các chu kỳ carbon của đại dương, tầng chứa nước đại diện cho một cơ hội hiếm có để nghiên cứu đại dương trong các điều kiện gần như lý tưởng.
“Sự hiểu biết của chúng tôi về nơi carbon đi trong đại dương là khá thô sơ”, ông nói. “Điều này cho chúng ta cơ hội để đi đến phòng thí nghiệm tự nhiên này và lần đầu tiên … lấy một phép đo tại điểm A và đo tại điểm B và nói về những gì xảy ra giữa chúng. Đó là một cơ hội hiếm có ở vùng biển sâu. không ở đâu trong đại dương sâu mà chúng ta có thể làm điều đó trong cột nước – điều đó là không thể bởi vì nó quá hỗn hợp. “
Để có được những phép đo đó, Girguis và các đồng nghiệp nhắm vào một trang web ở giữa Đại Tây Dương, họ đặt tên là “North Pond”.
Năm 2011, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã khoan một loạt các giếng vào đáy biển và lấy mẫu nước để xác định vi khuẩn nào gọi là tầng chứa nước và liệu chúng có khả năng tiêu thụ carbon hay không.
“Chúng tôi muốn khai thác nó và thu thập các mẫu nước và vi sinh vật nguyên sơ”, ông nói. “Khi bạn nhìn vào những hệ thống sườn núi giữa đại dương này và nghĩ về nước đang lưu thông qua chúng, có vẻ như rất nhiều đại dương đang lưu thông qua môi trường lạnh lẽo này, chúng ta muốn biết điều gì đang diễn ra ở đó với vi khuẩn và những gì đang xảy ra với carbon mà chúng nhận được. “
“Tại sao chúng ta quan tâm?” anh ấy tiếp tục. “Chúng tôi quan tâm đến số phận của carbon bởi vì chu kỳ carbon là cực kỳ quan trọng, không chỉ cho biến đổi khí hậu, mà còn giúp chúng ta hiểu được các đại dương hoạt động như thế nào.”
Nhưng khi nhóm nghiên cứu bắt đầu lấy mẫu từ tầng ngậm nước, Shah Walter nói, họ ngạc nhiên.
“Khi nhóm nghiên cứu kéo chất lỏng lên từ tầng ngậm nước, họ không ngờ nó sẽ giống như nước biển như trước đây”, Shah Walter nói. “Tất cả quy hoạch là chất lỏng trông giống như các chất lỏng thủy nhiệt khác (có thể cho thấy hàm lượng khí mê-tan và mức oxy thấp hơn). Chúng được chuẩn bị để đo khí mê-tan, chẳng hạn, nhưng nhìn thoáng qua chất lỏng của ao Bắc nhìn về mặt hóa học rất giống nhau với nước biển, vì vậy đó là khi tôi bị kéo vào, bởi vì công việc của tôi tập trung vào đại dương mở nên thực tế là đây là một môi trường độc đáo, chúng ta có thể sử dụng lồng ấp tự nhiên này. “
Trong khi Girguis và các đồng nghiệp đã có thể cho thấy vi khuẩn trong tầng ngậm nước có thể ăn carbon, thì vẫn chưa rõ chúng hoạt động như thế nào.
“Với số liệu hạn chế chúng tôi có, chúng tôi đã có thể cho thấy rằng nước đi kèm với một nồng độ oxy nhất định, và khi nó giảm xuống, carbon giảm theo tỷ lệ trực tiếp”, ông nói. “Điều đó cho chúng ta một mức độ tin cậy cao rằng vi khuẩn đang ăn nó và sử dụng oxy.”
Trên thực tế, Girguis nói, có thể vi khuẩn đang ăn carbon với tốc độ ấn tượng.
“Số lượng chúng tôi tìm thấy là khoảng 50% lượng carbon được tiêu thụ, nhưng điều quan trọng là phải nhận ra con số đó rất bảo thủ”, ông nói. “Nếu bạn xem xét chúng ta ít biết về hệ thống này như thế nào … nó đặt ra câu hỏi về điều gì xảy ra với nước này khi nó tiếp tục chảy qua đây. Không khó để tưởng tượng rằng chúng ta cuối cùng có thể thấy rằng phần lớn cacbon được ăn . “
Trong các thử nghiệm sau này, Girguis và các đồng nghiệp đã cho thấy khi nước di chuyển qua tầng chứa nước trong gần 3.000 năm, carbon dễ ăn được tiêu thụ nhanh chóng – chỉ trong vài trăm năm. Quan trọng hơn, họ cũng tìm thấy dấu hiệu cho thấy carbon chịu lửa cũng đang được ăn.
“Điều thú vị là trong một thời gian dài – và thậm chí ngày nay – đã có những cuộc tranh luận về cách nhanh chóng (carbon chịu lửa) có thể ăn được”, Girguis nói. “Nhưng phòng thí nghiệm tự nhiên này đã cho chúng ta thấy rằng điều này không chỉ bị suy thoái về mặt sinh học mà còn là thời gian mà nó bị ăn mòn”.
Cuối cùng, Girguis cho biết, nghiên cứu nhấn mạnh cách thức hiểu biết về đại dương sâu có thể dẫn đến một sự hiểu biết tổng thể tốt hơn về đại dương.
“Chúng tôi nghĩ rằng toàn bộ đại dương lưu thông qua hệ thống sườn núi giữa đại dương này mỗi 100.000 đến 200.000 năm,” Girguis nói. “Nếu toàn bộ đại dương đang lưu thông qua tầng ngậm nước này, chúng tôi nghĩ rằng đây có lẽ là đại diện tốt nhất của một tương tác vi sinh vật biển-nước điển hình khi nó di chuyển qua hệ thống đó.
“Cho đến khi chúng tôi có những dữ liệu này có một khoảng cách lớn trong kiến thức của chúng tôi”, ông nói thêm. “Chúng tôi nghĩ rằng nước bị kéo vào đây, và tất cả các hành động xảy ra khi nó nóng. Nhưng chúng tôi không nghĩ rằng đó là sự thật nữa, đặc biệt là bởi vì những vi khuẩn này đang ăn carbon khó ăn này.”
Trong tương lai, Girguis và các đồng nghiệp hy vọng sẽ định lượng tốt hơn lượng carbon được tiêu thụ khi nước biển di chuyển qua tầng chứa nước và liệu các khoáng chất trong đá bazan có thể góp phần vào khả năng tiêu thụ carbon chịu lửa của vi khuẩn hay không.
Các nghiên cứu đang thực hiện, Shah Walter cho biết, đang thử nghiệm tầng chứa nước ở các địa điểm khác và để kiểm tra xem vi khuẩn có đang tiêu thụ các hạt vật chất trong tầng chứa nước hay không.
“Phần lớn chất lỏng lưu thông qua lớp vỏ là mát mẻ như thế này, và cho đến nay đây là nơi duy nhất chúng tôi đang xem xét, vì vậy chúng tôi chắc chắn cần phải nhìn vào các điểm khác,” cô nói. “Nhưng vẫn còn một lỗ trong ngân sách carbon của chúng tôi. Chúng tôi có ý tưởng rằng một phần thiếu của câu đố là chúng tôi đã không nhìn vào các hạt trong nước. Chúng tôi nghĩ rằng chúng ta có thể đóng lỗ này bằng cách tính toán carbon sự trao đổi chất đang xảy ra trên những hạt đó. “
“Điều này bắt đầu với ý định nói … chúng ta hãy tìm ra những vi sinh vật đang làm gì trong tầng chứa nước lạnh và ôxy hóa này, và chúng ta có thể thêm những dữ liệu đó vào sự hiểu biết của chúng ta về chu trình cacbon”, Girguis nói. “Nhưng khi nhìn vào dữ liệu, chúng tôi khá ngạc nhiên về kết quả, cho chúng tôi biết rằng, không đáng ngạc nhiên, loại carbon dễ ăn này được tiêu thụ trước, nhưng sau đó chúng tôi bắt đầu thấy dấu hiệu tiêu thụ carbon chịu lửa này.
“Đó là một vấn đề lớn”, anh nói thêm. “Một cách để suy nghĩ về điều này là tất cả các sinh vật phụ thuộc vào carbon, và có chu kỳ này, nơi carbon được sản xuất và tiêu thụ … nhưng nghiên cứu rằng trong cột nước là không thực tế. Nhưng lấy nước đó và bơm nó qua một ngầm, oxy hóa tầng ngậm nước và bạn đột nhiên có cơ hội để xem xét kỹ hơn các quy trình này. “
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180424133625.htm
