ההחמצה שעלולה להאיץ את התחממות כדור הארץ

המיקרו-אצות הנמצאות בשכבות העליונות של האוקיינוס שותפות למנגנון טבעי שמסייע למתן את התחממות כדור הארץ: הן קולטות מהאוויר את גז החממה פחמן דו-חמצני, מייצרות ממנו סוכרים ובסופו של דבר משקעות את הפחמן במעמקי הים. אך מחקר חדש מעלה שגם לתהליך הזה יש בלמים. קליטת הפחמן במים מעלה את החומציות שלהם, והעלייה הזאת פוגמת ביכולתן של האצות להמשיך את התהליך ולקלוט עוד גזי חממה מאטמוספרה.

פיטופלנקטון הוא השם הכולל לאצות החד-תאיות והחיידקים הפוטוסינתטיים שחיים בשכבות העליונות של מי האוקיינוס, וממלאים תפקיד מרכזי במחזור הפחמן של כדור הארץ. אף שהאצות והחיידקים האלה זעירים, וכולם יחד אינם מגיעים אפילו לאחוז אחד ממשקל מבצעי הפוטוסינתזה, הם אחראים לכמחצית מסך הפוטוסינתזה שנעשית בעולם. בתהליך הזה צמחים ויצורים פוטוסינתטיים אחרים קולטים פחמן דו-חמצני מהאוויר ומאור מהשמש, ממירים את אנרגיית האור לאנרגיה כימית שנאגרת בצורת מולקולות של סוכרים, ומשחררות לאטמוספרה חמצן כתוצר לוואי של התהליך.

במהלך מחזור חייהן האצות משתמשות באטומי פחמן שהומס במים ומייצרות בעזרתם מולקולות אורגניות חיוניות, כגון סוכרים, חלבונים וחומרים שמהן הן בונות את השלד שלהן. בסופו של דבר, כשהאצה מתה, שרידיה שוקעים לקרקעית האוקיינוס עם כל תכולתם. כך חלק ניכר מהפחמן שהומס במי האוקיינוס נלכד בקרקעית, ועשויה להישאר שם אלפי שנים ולפעמים אפילו מיליוני שנים.

תהליך שקיעה זה מפחית את כמות הפחמן הדו-חמצני הנמצא במי האוקיינוס הרדודים ומאפשר לקלוט עוד פחמן מהאטמוספרה. התהליך כולו, של קליטת פחמן דו-חמצני בתאי האצות, יצירת תרכובות אורגניות, שקיעת חומר למעמקי הים וקליטה מחודשת של פחמן מהאטמוספרה בגופי המים, נקרא “משאבת הפחמן הביולוגית”. מדובר באחד המנגנונים הטבעיים המרכזיים שמסייעים להאט את קצב התחממות כדור הארץ, מאחר שהפחמן הדו-חמצני הוא גז חממה שמקשה על חום להיפלט מהאטמוספרה של כדור הארץ לחלל. תפקודה התקין של המשאבה תלוי ישירות בבריאותן ובשגשוגן של אצות הפיטופלנקטון.

החמצה גורלית

מחקר חדש מצביע על כך שהיכולת של הפיטופלנקטון לקבע פחמן עלולה להיפגע ככל שריכוז הפחמן הדו-חמצני באוקיינוסים עולה. מאז תחילת המהפכה התעשייתית, ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה עלה מ־280 חלקיקים למיליון ליותר מ־420 כיום. חלק מהפחמן הזה נמס במים ויוצר חומצה פחמתית, שמגבירה את חומציות המים.

המחקר התמקד באצה Emiliania huxleyi, שהיא אחד ממיני הפיטופלנקטון הנפוצים ביותר באוקיינוסים. בזכות התפוצה הרחבה שלה והתאמתה לגידול במעבדה, נעשים מחקרים רבים על האצה, ומדענים מניחים שהיא יכולה ללמד גם על תגובותיהם של יצורי מים זעירים נוספים לשינויים שחלים באוקיינוס. בנוסף, מאחר שמדובר במין נפוץ, לשינויים בהתנהגותו עלולות להיות השלכות מרחיקות לכת על תפקוד “המשאבה הביולוגית”, על מחזור הפחמן כולו, ועל מערכות אקולוגיות התלויות בהן ובמחזור זה.

החוקרים גידלו את האצות בתנאים שדימו את רמות הפחמן הדו-חמצני הצפויות עד סוף המאה ה-21, על בסיס החיזויים של הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC). הם מדדו את כמות התמיסה הסוכרית דמוית הג’ל שהאצות הפרישו כשחיו בתנאים האלה. התמיסה, שנקראת “חלקיקי אקסופולימר שקופים (Transparent Exopolymer Particles), או TEP, נוטה ליצור גושים של חומר אורגני ששוקעים לקרקעית הים. התברר שכשהחומציות עולה, האצות מייצרות פחות “ג’ל” סוכרי, דבר שעלול לצמצם את כמות הפחמן ששוקעת כך למעמקים.

כך עלול להיווצר תהליך שמזין את עצמו. אם פחות פחמן ישקע לקרקעית האוקיינוס, תצטמצם גם יכולתו של האוקיינוס לקלוט פחמן מהאטמוספרה. בעקבות זאת עלולה לעלות רמת הפחמן הדו-חמצני באוויר, האקלים ימשיך להתחמם וחומציות האוקיינוסים תגבר.

זה רק חלק מהתמונה הכוללת. כדי לגדול ולהתרבות, אצות הפיטופלנקטון זקוקות לחומרים מזינים כמו חנקן, זרחן וברזל, בדומה לצמחים יבשתיים הזקוקים לדשן. באוקיינוסים, החומרים הללו מגיעים בדרך כלל מהמעמקים, שם הם מצטברים בעקבות פירוק של יצורים ימיים. כשהאוקיינוסים מתחממים, שכבת המים העליונה נהיית קלה יותר. השינוי הזה יוצר הבדלים בטמפרטורה ובצפיפות של שכבות המים השונות, ומקשה עליהן להתערבל. התופעה הזאת נקראת ריבוד. כך פחות חומרי מזון עולים ממעמקי הים אל פני השטח, וגם האצות מתמעטות בהיעדר דשן זמין.

המחקר מדגיש שזמינות חומרי המזון היא אחד הגורמים המרכזיים שמשפיעים על קצב הגדילה של הפיטופלנקטון. תהליך החמצת האוקיינוסים משתלב עם המגמה הזאת ומוציא את המערכת האקולוגית מאיזון. יחד הם פוגעים ביציבותן של קהילות הפיטופלנקטון, מצמצמים את תרומתן לקיבוע הפחמן ועלולים להשפיע על כל שרשרת המזון המסתמכת עליהן. מעבר לכך, הירידה בפעילות הפיטופלנקטון עלולה להקטין את כמות הפחמן ששוקעת לקרקעית האוקיינוס ועל ידי כך להאיץ את הצטברות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה.

מעניין לראות איך יצורים זעירים שחיים בלב האוקיינוס יכולים להשפיע על האקלים בכדור הארץ ועל חיינו. פעילותו של האדם, ובעיקר העלייה המתמשכת בפליטת גזי חממה, משנה את תנאי הסביבה באוקיינוס ומאיימת על חלק ניכר מהיצורים הימיים. ההשפעה הדדית הזאת בין האדם לטבע, מעוררת שאלה עקרונית ורחבה בהרבה: מה באפשרותנו לעשות כדי להפחית את החמצת האוקיינוסים ואת רמות הפחמן באטמוספרה?