Okyanusları Demirle Beslemek
Tüm organizmalar yaşamak ve büyümek için besinlere ihtiyaç duyar ve açık okyanusta yaşayanlar da istisna değildir. Küçük fitoplanktonlar (phytoplankton) su yüzeyinde sürüklenerek güneş ışığını, suyu ve atmosferdeki karbondioksiti gıda ve oksijene dönüştürür.
Bu küçük organizmalarda, diğer fotosentetik organizmalar örneğin kara bitkileri gibi, fotosentez gerçekleştirmek için besin maddelerine ihtiyaç duyar. Karada, azot ve fosfor genellikle sınırlayıcı besinlerdir, ancak açık okyanusun birçok yerinde bu besinler genellikle mevcuttur.
Eksik olan ise diğer eser besinlerdir ve demir, bu sistemdeki kilit oyunculardan biridir.
Okyanusun yüzeyine az miktarda demir eklemek, uzaydan görülebilecek kadar büyük bir fitoplankton popülasyonu patlamasını tetikleyebilir.
Bu tür eklemeler, örneğin Sahra Çölü’nden rüzgarlar vasıtasıyla taşınan toz veya volkanik
bir patlamaya salınan kül ile, doğal olarak meydana gelir. Toz veya kül bulutu okyanusun yüzeyine çöktüğünde, atmosferden önemli miktarda karbondioksiti uzaklaştıran büyük fitoplankton patlamalarını tetikler.
Demir gübreleme, fitoplankton büyümesini teşvik etmek için okyanus yüzeyine yapay olarak demir ekleyerek bu doğal sistemi taklit edecek bir Karbon Dioksit Giderme (CDR - Carbon Dioxide Removal) tekniğidir.
Fitoplankton nedir?
Yunanca fito (bitki) ve plankton (dolaşmak veya sürüklenmek için yapılmış) kelimelerinden türetilen fitoplankton, hem tuzlu hem de tatlı su ortamlarında yaşayan mikroskobik
organizmalardır.
Bazı fitoplanktonlar bakteri, bazıları protist ve çoğu tek hücreli bitkilerdir. Yaygın türler arasında siyanobakteriler, silika kaplı diatomlar, dinoflagellatlar, yeşil algler ve tebeşir kaplı kokolitoforlar bulunur. Kara bitkileri gibi, fitoplanktonların da güneş ışığını yakalamak
için klorofilleri vardır ve bunu kimyasal enerjiye dönüştürmek için fotosentezi kullanırlar.
Karbondioksit tüketirler ve dışarıya oksijen verirler. Tüm fitoplanktonlar fotosentez
yapar, ancak bazıları diğer organizmaları tüketerek ek enerji alır.
Fitoplankton büyümesi karbondioksit, güneş ışığı ve besinlerin mevcudiyetine bağlıdır. Fitoplankton da kara bitkileri gibi türlere bağlı olarak nitrat, fosfat, silikat ve kalsiyum
gibi besin maddelerine çeşitli seviyelerde ihtiyaç duyar.
Bazı fitoplanktonlar nitrojeni sabitleyebilir ve nitrat konsantrasyonlarının düşük olduğu bölgelerde büyüyebilir. Okyanusun geniş alanlarında demir konsantrasyonlarının çok düşük olması fitoplankton büyümesini sınırlar. Bu yüzden fitoplanktonlar, eser miktarda demire ihtiyaç duyarlar.
Su sıcaklığı ve tuzluluk, su derinliği, rüzgar ve üzerlerinde ne tür avcıların beslendiği gibi diğer faktörler fitoplankton büyüme oranlarını etkiler. Koşullar uygun olduğunda, fitoplankton popülasyonları, çiçeklenme (bloom) olarak bilinen bir fenomen olan, çok hızlı bir şekilde üreme sürecine girebilirler. Okyanustaki “çiçeklenme” yüzlerce kilometrekareyi kaplayabilir ve uydu görüntülerinde kolayca görülebilir. Bir çiçeklenme birkaç hafta sürebilir, ancak herhangi bir fitoplanktonun ömrü nadiren birkaç günden fazladır.
Fitoplanktonun Önemi: Besin Ağı Fitoplankton, mikroskobik, hayvan benzeri zooplanktonlardan, tonlarca ağırlıktaki balinalara kadar her şeyi besleyen, birincil üreticiler olarak sudaki besin ağının temelidir. Küçük balıklar ve omurgasızlar da bitki benzeri organizmalardan beslenir ve daha sonra bu küçük hayvanlar daha büyükleri tarafından yenir.
Ancak, fitoplankton hastalık ve ölüm habercisi de olabilir. Bazı fitoplankton türleri, güçlü
biyotoksinler üretir ve bu da onları “kırmızı gelgitler” veya zararlı alg patlamalarından sorumlu hale getirir. Bu zehirli patlamalar, deniz yaşamını ve kontamine deniz ürünlerini
yiyen insanları hastalandırabilir hatta ölüme sebebiyet verebilir.
Fitoplankton başka şekillerde de toplu ölümlere neden olabilir. Büyük bir çiçeklenmenin ardından, ölü fitoplanktonlar okyanus veya göl tabanına batar. Fitoplanktonu parçalayan bakteriler ise sudaki oksijeni tüketerek hayvan yaşamını boğar; sonuç ölü bölgedir.
İklim ve Karbon Döngüsü
Fotosentez yoluyla, fitoplankton, ormanlara ve diğer kara bitkilerine eşdeğer bir ölçekte karbondioksit tüketir. Bu karbonun bir kısmı, fitoplanktonlar öldüğünde derin okyanusa
taşınır ve fitoplanktonlar, kendileri üreyen, atık üreten ve ölen diğer canlılar tarafından yenildiği için okyanusun farklı katmanlarına aktarılır.
Bazı çalışmalar için okyanustan alınan örnekler gerekli olsa da, küresel ölçekte fitoplankton çalışmaları ve iklim değişikliğindeki rolünün gözlemlenmesi için uydular çok önemlidir.
Tek tek fitoplanktonlar küçüktür, ancak milyarlarcası “çiçeklendiğinde”, yüksek konsantrasyondaki klorofil ve diğer ışık alıcı pigmentler, yüzeyin ışığı yansıtma şeklini değiştirir.
Su yeşilimsi, kırmızımsı veya kahverengimsi olabilir. Kokolitoforları kaplayan kireçli pullar, suyu süt beyazı veya parlak maviye boyar. Bilim adamları uydu görüntülerinden faydalanarak, okyanustaki klorofil konsantrasyonunu ve fitoplanktonun biyokütlesini tahmin etmek için okyanus rengindeki bu değişiklikleri kullanır.
Küresel Yerleşim
Fitoplankton, kıyı şeritleri ve kıta sahanlıkları boyunca, Pasifik ve Atlantik Okyanuslarında ekvator boyunca ve yüksek enlemlerde gelişir. Rüzgarlar, fitoplanktonların dağılımında güçlü bir rol oynar, çünkü besinlerle yüklü derin suların yüzeye çekilmesine neden olan akımları harekete geçirirler.
Biri doğudan gelen ticaret rüzgarlarının yakınsaması ile sürdürülen ekvator boyunca, diğeri ise birkaç kıtanın batı kıyıları boyunca uzanan bu bölgeler, en üretken okyanus ekosistemleri arasındadır. Buna karşılık, fitoplankton, besin sınırlamaları nedeniyle uzak okyanus girdaplarında azdır.
Fitoplanktonda Uzun Vadeli Değişiklikler
Fitoplankton okyanus biyolojisi ve iklim için çok önemli olduğundan, üretkenliklerindeki herhangi bir değişiklik biyolojik çeşitlilik, balıkçılık ve insan gıda arzı ve küresel ısınmanın hızı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Birçok okyanus kimyası ve biyolojisi modeli, artan atmosferik sera gazlarına tepki olarak okyanus yüzeyi ısındıkça fitoplankton üretkenliğinin azalacağını tahmin ediyor.
Yüzey suları ısındıkça su sütunu giderek daha fazla katmanlaşıyor, bu da verimliliğin düşmesi anlamına geliyor. Son on yılda, bilim adamları uydu gözlemlerinde bu eğilimi
aramaya başladılar ve ilk çalışmalar, küresel fitoplankton üretkenliğinde küçük bir düşüş olduğunu gösteriyor.
Örneğin, okyanus bilimciler, son on yılda subtropikal okyanus girdabı (en az verimli okyanus alanları) alanında bir artış olduğunu belgelediler. Bu düşük besinli “deniz çölleri”, yükselen okyanus yüzey sıcaklıkları nedeniyle genişliyor.
Fitoplankton popülasyonu birkaç gün veya hafta içinde patlayarak büyüyebilir. Bu uydu görüntüsü çifti, 11 Ekim ile 25 Ekim 2009 tarihleri arasında Yeni Zelanda’nın doğusunda oluşan bir çiçeklenmeyi gösteriyor. (Kaynak: MOIS verilerine dayalı olarak Robert Simmon ve Jesse Allen’ın NASA görüntüleri.)
Demir ve Demir Oksit
Demirin, fitoplankton popülasyonları için kritik bir önemle sahip olduğu, bu yazının başında belirtilmişti. Antik maden yataklarının gösterdiğine göre, üç milyar yıl önce okyanuslar demirle doluydu.
Yaşam ilk evrimleştiğinde demir boldu ve bu metal, uzun bir temel hücresel işlevler
listesine dahil oldu. Hayvanlar kanlarında oksijen taşımak, enerji için şekeri ve diğer besinleri parçalamak, bitkiler ise, fotosentez sırasında elektronları transfer etmek ve klorofil
yapmak için demire ihtiyaç duyarlar.
Fitoplankton, nitrojeni kullanılabilir bir forma “sabitlemek” için demiri kullanır. Çoğumuz pası, metal üzerinde kırmızımsı kahverengi pul pul bir kaplama olarak biliriz ve daha fazlasını düşünmeyiz, ancak pas, demir ve çelik gibi alaşımlarının korozyonu ve oksidasyonu için yaygın olarak kullanılan bir terimdir.
Teknik olarak pas; demir, oksijen ve su ile reaksiyona girdiğinde ortaya çıktığı için demir oksit (Fe²O³) olarak da bilinen Hidratlı Demir (III) Oksittir. Bir demir parçası yeterince
uzun süre suya ve oksijene maruz bırakılarak bırakılırsa paslanması kaçınılmazdır, elbette bu süreç maruz kalma yoğunluğuna bağlı olarak günler, haftalar, aylar hatta yıllar alabilir.
Demir oksijenle kolayca reaksiyona girdiğinden, pas çok yaygındır. Ancak, yerkabuğunda dördüncü en bol element olmasına rağmen, modern okyanusta demir yok denecek kadar azdır. 2,4 milyar yıldan daha uzun bir süre önce siyanobakterilerin evrimleşmesi ve karbondioksit soluyup ve dışarı oksijeni vermeye başlamasıyla birlikte demirin denizlerden kaybolma süreci başlamış oldu.
Çünkü, (okyanuslarda bulunmuş olan) çözünmüş demir hızla yeni bol oksijen atomlarıyla birleşir ve demir (III) olarak bilinen elementin bir formunu içeren, yaygın bir mineral olan hematit gibi demir oksitleri oluşturur. Çoğu fitoplankton ve diğer canlı organizmalar bu durumda demir kullanamazlar. Bunun için, daha kolay çözünen ve hücreler tarafından
emilen farklı bir form olan demir (II) gerekmektedir.
Yalnızca belirli mineral türleri, diatomların kolayca sindirebildiği demir (II) dahil olmak üzere demirin çözünür formları açısından zengin toz üretir. Örneğin, demir içeren kil mineralleri,
Afrika’nın Sahra Çölü, Çin lösü (kül rengi toprak) ve Suudi Arabistan sahil kumu da dahil olmak üzere dünyanın dört bir yanından gelen tozlar üzerinde yapılan deneylerden anlaşıldığı gibi, hematitten daha kolay demir (II) verir.
Sahra’dan esen rüzgarların okyanustaki en önemli demir tozu kaynaklarından biri olduğu ve Atlantik’e çözünmüş demirin yüzde 70’inden fazlasını sağladığı çeşitli araştırmalarca tespit edilmiştir. Ancak, demir (II)’nin okyanuslara ulaşması için nehirler, hidrotermal menfezler, volkanlar ve buzul taşkın ovalar da dahil olmak farklı yollar da mevcuttur.
Demir Gübrelemesinin Önemi
Demir bir mikro besin olduğundan, fitoplanktonun büyük bir etkiye sahip olması için yalnızca eser miktarlara ihtiyacı vardır. Aleutian Adaları’ndaki Kasatochi’nin 2008 patlamasından gelen kül, atmosferden 10 milyon ton karbon çektiği tahmin edilen bir alg patlaması yarattı.
2019-2020 Avustralya orman yangınlarından kaynaklanan kurum, Yeni Zelanda ve Güney Amerika arasında 150 ila 300 milyon ton karbonu kaldırmış olabilecek bir çiçeklenmeye
neden oldu.
Buzul çekirdeği kayıtları ayrıca demir açısından zengin toz ile iklimdeki değişiklikler arasında bir bağlantı olduğunu gösteriyor. Okyanusun üzerine büyük miktarda tozun çöktüğü zamanlarda, küresel sıcaklıklar düştü ve bu olaylar sırasında atmosferden tahminen 60 milyar ton karbon çekildi.
Birçok bilim adamı, demir tozunun en azından kısmen geçmiş buzul dönemlerinin gelişimine katkıda bulunduğunu iddia etmektedir.
Atmosferden büyük miktarlarda karbondioksiti etkili bir şekilde uzaklaştırmak için okyanus yüzeyine nispeten küçük miktarlarda demir eklenebilirse, demir gübreleme, iklim değişikliği ile ilişkili ek etkilerin azaltılmasında çok önemli bir rol oynama potansiyeline sahiptir.
Ancak bu, atmosferden çıkarılan karbon, en az bir yüzyıl boyunca kilitli kalacağı okyanusun derinliklerine batarsa işe yarayacaktır. Bu, fosil yakıtlardan yenilenebilir enerji kaynaklarına tam bir geçiş için zaman kazandıracaktır.
Potansiyel Etkiler
1990’larda ve 2000’lerin başında, bir dizi deney açık okyanusta demir gübrelemeyi test etti. Bu testler, sürekli olarak demir eklenmesinin fitoplankton patlamalarına yol açtığını
buldu, ancak bu karbonun derinliklere ne kadar battığı her zaman ölçülemedi ve fitoplankton, mineral batmadan önce büyüme için tüm demiri kullanamadı.
Araştırmacılar, diatomların diğer birçok fitoplankton türünden daha bol hale gelmesiyle, fitoplankton topluluklarındaki değişiklikleri belgelediler. Bu algler, siyanobakterilerden 1000
kata kadar daha büyük olabilir ve fotosentez yoluyla daha fazla karbondioksit almalarına izin verir.
Diatomlar, ağırlık ekleyen silika bazlı cam benzeri kabuklar oluşturur ve bu, öldüklerinde diğer daha küçük fitoplanktonlardan daha hızlı batma olasılığını artırır. Hızlı büyüme oranları ve derin denizlerdeki kayıpları, karbonun atmosferden potansiyel olarak uzaklaştırılması ve okyanusun daha derinlerindetutulması için iyiye işarettir.
Bununla birlikte, bazı diatomlar, herhangi bir saha deneyi sonrasında meydana gelmese
de, zararlı alg patlamalarına katkıda bulunabilecek toksinler salmaktadır. Ek olarak, demir gübrelemesi, deniz ekosisteminde besinlerin nereye ve nasıl tahsis edildiğini değiştirme potansiyeline sahiptir.
Bu potansiyel sonuçları test etmek ve okyanus derinliklerinde ne kadar karbonun
tutulabileceğini belirlemek için deneyler yapılıncaya kadar, demir gübrelemesi iklim değişikliğini yavaşlatma yöntemi olarak kullanılmamalıdır.
Erken demir gübreleme deneyleri, birçok “bilinmeyen” nedeniyle dirençle karşı karşıya kaldı. Buna rağmen, bilim adamları iklim değişikliğine karşı mücadelede masada
olması gereken tek bir CDR aracı olarak bu fikre geri dönüyorlar.
Şu anda, okyanus yüzeyine demir eklemenin hem amaçlanan hem de istenmeyen sonuçlarını daha iyi anlamak için araştırmaların şeffaf bir şekilde yürütülebilmesi
için davranış kuralları oluşturmaya çalışıyorlar.
Bilim insanlarının demirin atmosferik karbonu ortadan kaldırma potansiyelini tam olarak araştırmasına ve bu karbonun okyanus boyunca sonraki hareketini izlemesine olanak tanıyan otonom platformlar ve sensörler kullanan yeni teknolojiler artık mevcut.
Demir gübrelemesi nispeten ucuz olacağından, atmosferimizden aşırı miktarda karbondioksiti uzaklaştırmayı amaçlayan bir dizi CDR faaliyetinin önemli bir parçası olabilir.
Ancak, bu tür yaklaşımların, ilk etapta karbondioksit üreten fosil yakıtların kullanımında
ani ve büyük azalmalara duyulan ihtiyacın yerini almadığı da unutulmamalıdır.
Her halükarda, bazı riskleri içerse de, okyanusların demirle gübrelenmesi, kısa sürede atmosferden büyük miktarda karbon dioksit çekilmesi için kullanılabilecek önemli ve etkili bir araçtır.
Kaynaklar
• https://www.whoi.edu/oceanus/feature/fertilizing-the-ocean-with-iron/
• https://interestingengineering.com/science/fertilizing-the-oceans-with-iron-could-help-remove-a-gigaton-of-carbon-dioxide-per-year
• https://www.ncheurope.com/en/what-is-rust
•https://news.google.com/stories/CAAqNggKIjBDQklTSGpvSmMzUnZjbmt0TXpZd1NoRUtEd2lWZ0tUY0JSSE81U0lmeHlHVVpDZ0FQAQ?hl=en-US&gl=US&ceid=US%3Aen
• https://earthobservatory.nasa.gov/features/Phytoplankton
•https://oceanservice.noaa.gov/facts/plankton.html#:~:text=Phytoplankton%20are%20microscopic%20plants%2C%20but,carbon%20dioxide%20and%20produce%20oxygen.
• https://www.science.org/content/article/draw-down-carbon-and-cool-planet-ocean-fertilization-gets-another-look
• https://www.smithsonianmag.com/science-nature/complicated-role-iron-ocean-health-and-climate-change-180973893/
• https://www.whoi.edu/know-your-ocean/ocean-topics/climate-ocean/ocean-based-climate-solutions/iron-fertilization/
• Görseller: www.pixabay.org / shutterstock
Derleme ve Çeviri: B. Serhat Cengiz
