Νανοσωματίδια σιδήρου δεσμεύουν διοξείδιο του άνθρακα στους ωκεανούς

Τα μικροσκοπικά θαλάσσια φυτά που απορροφούν CO₂ από τον αέρα θα μπορούσαν να διαδραματίσουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην ανάσχεση της κλιματικής αλλαγής, σύμφωνα με τους υποστηρικτές του πρωτοποριακού σχεδίου «γονιμοποίησης» των ωκεανών του πλανήτη με σίδηρο.

Η μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα είναι ζωτικής σημασίας για την πρόληψη των χειρότερων επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής, αλλά δε θα είναι αρκετή από μόνη της, σύμφωνα με τους ειδικούς για το κλίμα. Σύμφωνα με αυτή την άποψη, είναι απαραίτητη η δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα που βρίσκεται ήδη στην ατμόσφαιρα.

Ένας τρόπος δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας είναι μέσω μεγιστοποίησης του δυναμικού δέσμευσης άνθρακα από τους ωκεανούς της Γης. Οι ωκεανοί απορροφούν ήδη το 25% του ανθρωπογενών εκπομπών CO₂, κυρίως μέσω του φυτοπλαγκτόν.

Αυτά τα μικροσκοπικά, μονοκύτταρα φυτά αναπτύσσονται κοντά στην επιφάνεια του ωκεανού, συλλέγοντας ηλιακό φως και CO₂ και παράγοντας ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης. Μέρος από αυτό το διοξείδιο του άνθρακα παγιδεύεται αργότερα στα βάθη των ωκεανών, όταν το φυτοπλαγκτόν πεθαίνει και βυθίζεται.

Όπως και άλλα φυτά, το φυτοπλαγκτόν δε χρειάζεται μόνο ήλιο και CO₂ για να ευδοκιμήσει. Χρειάζεται επίσης θρεπτικά συστατικά, συμπεριλαμβανομένου του σιδήρου, ο οποίος σπανίζει σε ορισμένα σημεία των ωκεανών.

Γνωρίζουμε από φυσικά γεγονότα στο παρελθόν ότι η αύξηση της ποσότητας σιδήρου στο θαλάσσιο περιβάλλον μπορεί να αυξήσει δραματικά την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτόν. Όταν η πλούσια σε σίδηρο τέφρα από ηφαιστειακές εκρήξεις κατακρημνίζεται στην επιφάνεια των ωκεανών, προκαλεί άνθηση του φυτοπλαγκτόν, αρκετά μεγάλη για να είναι ορατή από το διάστημα σε κάποιες περιπτώσεις.

Αυτή η γνώση οδήγησε τον ωκεανογράφο John Martin να παρουσιάσει κάτι που ονομάζεται «iron hypothesis», σύμφωνα με την οποία η «γονιμοποίηση» του ωκεανού με σίδηρο θα μπορούσε να αυξήσει την ποσότητα του φυτοπλαγκτόν που απορροφά διοξείδιο του άνθρακα, μια ενέργεια θεωρητικά αρκετή για να αντιστρέψει την υπερθέρμανση του πλανήτη.

Το 1993, λίγο μετά το θάνατο του Martin, οι συνάδελφοι του στο Moss Landing Marine Laboratories στις ΗΠΑ δοκίμασαν την υπόθεση, αυξάνοντας τη συγκέντρωση σιδήρου σε 64 τετραγωνικά χιλιόμετρα του Ειρηνικού Ωκεανού. Στη συνέχεια παρατήρησαν την περιοχή για 10 ημέρες και είδαν την ποσότητα της φυτικής βιομάζας να διπλασιάζεται. «Όλοι οι βιολογικοί δείκτες επιβεβαίωσαν αυξημένο ρυθμό παραγωγής φυτοπλαγκτόν ως αποτέλεσμα της προσθήκης σιδήρου», έγραψαν οι ερευνητές στη σχετική επιστημονική μελέτη.

Περισσότερα από δώδεκα άλλα πειράματα «γονιμοποίησης» των ωκεανών έχουν διεξαχθεί από τότε, αλλά παρόλο που φαίνεται να προκαλούν αύξηση της παραγωγής φυτοπλαγκτόν, δεν είναι ακόμα σαφές εάν η προσέγγιση θα μπορούσε πράγματι να βοηθήσει στην καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής.

Το 2009, ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, παρακολούθησαν τον αντίκτυπο ενός σημαντικού αντίστοιχου πειράματος στο Νότιο Ωκεανό μεταξύ Νέας Ζηλανδίας και Ανταρκτικής. Το πείραμα προχώρησε σε μέτρηση των σωματιδίων άνθρακα 800 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του νερού στην περιοχή για ένα χρόνο και τα ευρήματα του πειράματος δεν ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά.

«Η απλή προσθήκη σιδήρου στον ωκεανό δεν έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα αποτελεσματική για την αποθήκευση του ατμοσφαιρικού άνθρακα», είπε ερευνητής Jim Bishop. «Αυτό που μετράει είναι ο άνθρακας που κατακρημνίζεται στα βάθη των ωκεανών και πολύς από τον άνθρακα που συνδέεται με την αύξηση του πλαγκτόν φαίνεται να μην κατακρημνίζεται πολύ γρήγορα ή πολύ βαθιά».

Ενώ οι ερευνητές εξακολουθούν να προσπαθούν να καταλάβουν γιατί συμβαίνει αυτό, υπάρχει μια σειρά από θεωρίες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που επικεντρώνονται στις διατροφικές συνήθειες των πλασμάτων που ζουν από το φυτοπλαγκτόν και την παρουσία οργανικών ενώσεων στους ωκεανούς που δεσμεύουν το σίδηρο.

Παρά την αβεβαιότητα, ορισμένοι κλιματολόγοι δεν είναι έτοιμοι να εγκαταλείψουν την ιδέα της «γονιμοποίησης» των ωκεανών. Το Νοέμβριο του 2022, μια διεθνής ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Leeds και το Pacific Northwest National Laboratory δημοσίευσε μελέτη στην οποία υποστηρίζουν ότι ο τρόπος με τον οποίο διανέμεται ο σίδηρος στους ωκεανούς, μπορεί να είναι το κλειδί για να λειτουργήσει η διαδικασία.

Αντί για την προσθήκη μιας ενώσης σιδήρου (όπως για παράδειγμα ο θεϊκός σίδηρος) στην επιφάνεια του ωκεανού, η μελέτη προτείνει να χρησιμοποιηθούν νανοσωματίδια σιδήρου τα οποία θα διαθέτουν χαρακτηριστικά που θα αντιμετωπίζουν τα προβλήματα που επί του παρόντος εμποδίζουν τη «γονιμοποίηση» των ωκεανών να έχει τα επιθυμητά αποτελέσματα.

«Θα μπορούσαμε να επικαλύψουμε τα νανοσωματίδια με πολυμερή που τους προσδίδουν πλευστότητα, για παράδειγμα, κρατώντας τα κοντά στην επιφάνεια για να ενισχύσουμε την πρόσληψη από το φυτοπλαγκτόν. Ή να τους προσδώσουμε ιδιότητες απορρόφησης φωτός που βοηθούν το φυτοπλαγκτόν να απορροφά καλύτερα το ηλιακό φως για τη φωτοσύνθεση.

Θα μπορούσαμε ακόμη και να περιλάβουμε στα νανοσωματίδια και άλλα στοιχεία εκτός από σίδηρο. Η πυριτία, για παράδειγμα, θα αύξανε την πυκνότητα του φυτοπλαγκτόν που προσλαμβάνει τα σωματίδια και μια απλή αύξηση 1% στην πυκνότητα μπορεί να είναι αρκετή για να διπλασιάσει την ταχύτητα καταβύθισής τους», αναφέρουν οι ερευνητές.

Ενώ οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι τα κατασκευασμένα νανοσωματίδια θα κοστίζουν πολύ περισσότερο για να παραχθούν σε σχέση με το θεϊικό σίδηρο που χρησιμοποιείται συνήθως στις δοκιμές αλλά τα αποτελέσματα θα ήταν πολύ σημαντικά.

«Η μελέτη μας δείχνει ότι η χρήση πολλών τύπων ειδικά κατασκευασμένων νανοσωματιδίων στη «γονιμοποίηση» των ωκεανών μπορεί να είναι πολλά υποσχόμενη όσον αφορά το κόστος και τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα, τόσο κατά τις διαδικασίες παραγωγής όσο και κατά τις διαδικασίες διανομής των νανοσωματιδίων στους ωκεανούς», αναφέρει ο ερευνητής Peyman Babakhani.

Ενώ η πρόσφατη μελέτη, που υποστηρίζεται από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, καταδεικνύει μια πολλά υποσχόμενη πορεία προς τα εμπρός για τη «γονιμοποίηση» των ωκεανών, η προσθήκη αρκετών νανοσωματιδίων σιδήρου στους ωκεανούς για να ανασχεθεί η κλιματική αλλαγή σε σημαντικό βαθμό, θα ήταν τεράστιο εγχείρημα και χρειάζεται πολύ περισσότερη έρευνα για να προσδιοριστεί πώς αυτή η προσθήκη μπορεί να επηρεάσει τα ωκεάνια οικοσυστήματα.

«Η προσθήκη νανοσωματιδίων σιδήρου σε μεγάλη κλίμακα θα μπορούσε να έχει ακούσιες και δύσκολα προβλέψιμες επιπτώσεις, όχι μόνο τοπικά, αλλά και σε μεγάλες αποστάσεις στο χώρο και στο χρόνο», σύμφωνα με ερευνητές της πρωτοβουλίας Deep-Ocean Stewardship. Όπως και με άλλες ιδέες γεωμηχανικής για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, υπάρχουν επίσης θέματα δημόσιας αποδοχής και ρυθμιστικού πλαισίου που πρέπει να εξεταστούν.

Προς το παρόν, υπάρχουν άλλοι, περισσότερο γνώριμοι τρόποι δέσμευσης του ατμοσφαιρικού άνθρακα. Μπορούμε να φυτέψουμε περισσότερα δέντρα, να μετατρέψουμε τα καλλιεργήσιμα εδάφη σε καλύτερους καταναλωτές διοξειδίου του άνθρακα και να αναπτύξουμε εξοπλισμό που παγιδεύει το διοξείδιο του άνθρακα με τη χρήση χημικών φίλτρων. Ωστόσο, οι υποστηρικτές της «γονιμοποίησης» των ωκεανών πιέζουν προς την εκτενέστερη μελέτη της τεχνολογίας, έτσι ώστε να γνωρίζουμε τον ασφαλέστερο και αποτελεσματικότερο τρόπο για να τη χρησιμοποιήσουμε, εάν απαιτηθούν δραστικά μέτρα στο μέλλον.

«Σε αυτό το σημείο, ο χρόνος είναι ουσιαστικός», δήλωσε ο Michael Hochella, συγγραφέας της μελέτης. «Για να καταπολεμήσουμε την άνοδο της θερμοκρασίας, πρέπει να μειώσουμε τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα σε παγκόσμια κλίμακα. Εξετάζοντας όλες τις επιλογές μας, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης των ωκεανών ως αποθετήρια CO₂, έχουμε καλύτερες πιθανότητας να αντιμετωπίσουμε την υπερθέρμανση του πλανήτη».

Με πληροφορίες από bigthink.com