Deniz karının yapışkanlığı, okyanus derinliklerine inen karbon miktarını belirliyor

Okyanusun yüzeyinin altında, karanlıkta durmaksızın bir kar yağar. Gökyüzünden inen donmuş kristallere benzemez bu kar. Mukus, hayvan dışkısı, çamur ve mikroskobik planktonların kalıntılarından oluşan küçük kümelerdir. Bilim insanları bunlara "deniz karı" diyor. Yeni bir çalışma, bu parçacıkların yapışkanlığının, atmosferden çekilen karbonun okyanus derinliklerine ne kadarının ulaşacağını belirlediğini ortaya koydu.

Okyanusun karanlığında yağan kar

Batan deniz karı, üst sulardaki karbonu deniz tabanına doğru taşır. Araştırmacıların tahminine göre bu süreç, yüzey sularından her yıl 10 gigatonun üzerinde karbon uzaklaştırıyor. Ancak bunun yalnızca yaklaşık iki gigatonu, karbonun yüzlerce hatta binlerce yıl depolanabileceği derinliğe varıyor. Geri kalanı yolda kayboluyor. Bu kaybın nedeni uzun süredir bilim insanlarını düşündürüyordu.

Scripps Oceanography (UC San Diego) ve Lincoln Üniversitesi'nden bir ekip şimdi önemli bir etken buldu: parçacığın viskozitesi, yani kıvamının koyuluğu ve yapışkanlığı. Bulgular 8 Ekim'de Science dergisinde yayımlandı. Çalışmaya göre en yapışkan parçacıklar, daha akışkan ve ince yapıdakilere kıyasla derin okyanusa altı kattan fazla karbon taşıyabiliyor.

Bakterileri görmek için dört yıllık uğraş

Proje 2021'de, o dönem Scripps'te doktora sonrası araştırmacı olan Bryce Inman'ın "mukus manzarası" dediği alanı incelemeye karar vermesiyle başladı. Tek tek bakterilerin mukusun fiziksel yapısıyla etkileşimini izlemek o zamana kadar mümkün olmamıştı. Mikrobiyolog Farooq Azam gibi isimlerle çalışan Inman, dört yıl boyunca bu engeli aşmaya uğraştı. Birçok deneme başarısız oldu. Ekip, çalışan bir yöntemi ancak 2025'te geliştirebildi.

Çözüm, üç boyutlu konfokal mikroskopi ile özel tasarlanmış floresan moleküllerin birleşiminden çıktı. Konfokal mikroskopi, örneğin farklı derinliklerindeki ışık görüntülerini alıp yapıyı üç boyutlu olarak yeniden kurmayı sağlıyor. Floresan moleküller de malzemenin özelliklerini görünür kılıyor. Böylece bilim insanları ilk kez tek bir deniz karı parçacığının "fiziksel arazisini" inceleyebildi ve canlı bakterilerin bu yapıda nasıl hareket ettiğini izleyebildi.

Yapışkan parçacık neden daha çok karbon taşıyor?

Görüntüler, beklenenden karmaşık bir mikroskobik ortam gösterdi. Atmosferdeki kar tanelerinin birbirinden farklı olması gibi, deniz karı parçacıkları da organik ve inorganik malzeme karışımlarına göre kompozisyon, yapı ve viskozite bakımından değişiyor. Tamamlayıcı çalışma Nature Communications'ta yayımlandı. Bu çalışmaya göre bakteriler, parçacığın yüzeyine yakın, daha akışkan bölgelere tutunmayı tercih ediyor. İçerideki yoğun ve yapışkan bölgelere ise ulaşmak çok daha zor.

Inman bunu elmanın içindeki solucana benzetiyor. Ona göre etli kısım kolay delinir, ama çekirdeğe ulaşmak zordur. Bakteriler daha koyu kıvamlı bölgelere ancak onları parçaladıktan sonra girebiliyor.

Laboratuvar deneylerinde viskozitesi yüksek parçacıklar, bakteriyel bozunmaya ve parçalanmaya daha uzun süre direndi. Bilgisayar simülasyonları da bu parçacıkların dağılmadan önce daha derine inebildiğini gösterdi. Ekip bu verilerden, yüksek viskoziteli deniz karının derin okyanusa daha az viskoz olanlara göre altı kattan fazla karbon taşıyabileceğini tahmin ediyor.

Arka plan

Deniz karının asıl rolü, karbon döngüsünün bir parçası olmasıdır. Karbon doğada atmosfer, okyanuslar, kara ve canlılar arasında sürekli dolaşır. Yüzey sularındaki plankton fotosentezle karbonu bağlar. Bu organizmalar öldüğünde ya da atık bıraktığında karbon, batan parçacıkların içine girer. Parçacık yeterince derine inerse karbon atmosferden uzun süre yalıtılır. Bilim insanları bu mekanizmaya genellikle "biyolojik pompa" diyor.

Yolculuk sırasında bakteriler parçacıkla beslenir ve onu yavaş yavaş ayrıştırır. Karbonun bir bölümü böylece yeniden çözünmüş forma ya da gaza dönüşebilir. Bu yüzden parçacığın batış hızı kadar bozunma hızı da belirleyicidir. Yeni çalışma, bozunmanın hızını etkileyen fiziksel bir özelliği, yani yapışkanlığı ilk kez ayrıntılı biçimde gösteriyor.

Neden önemli?

Bulgu yalnızca okyanus karbonunu ilgilendirmiyor. Araştırmacılara göre bakteri ile mukus arasındaki benzer ilişkiler mercan resiflerinin, kelp ormanlarının, bitki köklerinin ve insanlar dahil hayvanların sindirim sistemlerinin işleyişinde de rol oynuyor. Bu mikroskobik görüntüleme yöntemi, söz konusu ortamların hepsinde bakteri-mukus etkileşimini incelemenin yolunu açabilir.

İklim modelleri açısından da dikkat çekici bir ipucu var. Okyanusun ne kadar karbon depolayabileceğini tahmin etmek için parçacıkların yalnızca boyutuna ve batış hızına bakmak yetmeyebilir. Fiziksel kıvamları da hesaba katılmalı. Yine de bu sonuçlar laboratuvar deneylerine ve simülasyonlara dayanıyor. Doğal okyanus koşullarında yapışkanlığın ne kadar değiştiği ve bunun küresel karbon hesabına tam etkisi, ileride yapılacak çalışmalarla netleşecek.