דמדומיו של "אזור הדמדומים"

התחממות כדור הארץ אינה מוגבלת רק לאטמוספרה ולפני הקרקע. מחקר חדש מצביע על סכנה שמאיימת גם על יצורים החיים באזורים עמוקים באוקיינוסים, שמעט מאוד אור מגיע אליהם ויש סכנה ששינויי האקלים יביאו להרעבת המינים החיים בו.

קרני השמש שמגיעות לפני הים נבלעות בהדרגה ככל שמעמיקים, אך עד לעומק של כמאתיים מטר עדיין יש רמה סבירה של תאורה. בעומקים האלה, אצות ויצורים חד-תאיים מסוימים מסוגלים לבצע פוטוסינתזה – תהליך שממיר אור ופחמן דו-חמצני לאנרגיה כימית האגורה בסוכרים ומזינה את האצות, ובתורם גם את בעלי החיים הימיים שנמצאים בהמשך שרשרת המזון. מתחת לשכבה העליונה הזאת, העשירה בחיים ובמזון, ועד לעומק של קילומטר בערך, נמצא "אזור הדמדומים". לעומק הזה חודר רק מעט מאוד אור, והמינים החיים בו הסתגלו לחיות בסביבה דלה באנרגיה.

לים יש תפקיד חשוב בבקרה על כמות הפחמן הדו-חמצני שבאטמוספרה, ויש לו השפעה ממתנת על האקלים העולמי. הפחמן שנקלט בים שוקע בסופו של דבר למעמקים, ומגיע גם ל"אזור הדמדומים". חלק ממנו שוקע בקרקעית ויכול להפוך אחרי שנים רבות לנפט או לגז טבעי. חלק אחר נפלט מחדש לאטמוספרה בנשימתם של יצורים חיים. הפחמן הדו-חמצני שהם פולטים הוא גז חממה – כלומר שייך לקבוצה של גזים שבולעים חלק מאור השמש שמוחזר מפני כדור הארץ ולא מאפשרים לו להיפלט לחלל. ככל שהפחמן שוקע עמוק יותר במים, יידרש לו זמן רב יותר לחזור לאטמוספרה.

התהליך הזה מכונה "משאבת הפחמן הביולוגי". בשלב הראשון אצות שחיות בשכבה המוארת של המים קולטות פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה. תוצרי הפוטוסינתזה שוקעים עם הזמן למעמקים ומזינים שם חיידקים ויצורים חיים אחרים. כמו כן, יצורים חד-תאיים בשם חוריריות (Foraminifera), שחיים על קרקעית הים, בונים לעצמם שלד פחמני נוקשה מתוצרי הפוטוסינתזה ומתאבנים עם הזמן על הקרקעית. כלומר מדובר בתהליך ששואב פחמן מהאטמוספרה לים, ומפני הים אל קרקעיתו - ורק חלק ממנו נפלט חזרה לאטמוספרה. לקבורת הפחמן בקרקעית האוקיינוס יש חשיבות רבה לצמצום כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה ולכן לריסון התחממות כדור הארץ.

בשל הקושי להגיע לעומקים האלה, אין מספיק מחקרים שבדקו לעומק תהליכים שמתרחשים ב"אזור הדמדומים". במחקר החדש, שפורסם בכתב העת Science, הראו החוקרים הצליחו להראות שככל שתהליך משאבת הפחמן הביולוגית יעיל יותר, כך עולה מגוון המינים החיים באזור הדמדומים – ושעליה בטמפרטורת המים עקב ההתחממות העולמית עלולה לפגוע בתהליך הזה.

יצורים חד-תאיים בשם חוריריות בונים לעצמם שלד פחמני נוקשה מתוצרי הפוטוסינתזה ומתאבנים עם הזמן על הקרקעית. תמונת מיקרוסקופ של חוריריות | Steve Lowry, Science Photo Library

מדידות מהעבר

יעילות המשאבה הביולוגית נמדדת לפי העומק שאליו מגיע הפחמן שנוצר באזור המואר. חומרי המזון השוקעים משם חיוניים לקיומם של היצורים החיים באזור הדמדומים. החוקרים ביקשו לבדוק אם היה לאורך ההיסטוריה קשר בין טמפרטורת המים ליעילות המשאבה, ונעזרו לשם כך במקור מידע שחיכה בסבלנות על הקרקעית במשך עד 15 מיליון שנה: השלדים הפחמניים של החוריריות.

כדי לגלות את גילם של המשקעים השתמשו החוקרים בתיארוך פחמן רדיואקטיבי – שיטה שמבוססת על מדידת שיעורם של אטומי פחמן רדיואקטיבי (פחמן-14), שקצב ההתפרקות שלהם ידוע, מתוך כלל אטומי הפחמן בדגימה. ככל שכמות הפחמן הרדיואקטיבי נמוכה יותר, השכבה שנדגמה הייתה קדומה יותר.

כדי לדעת מה הייתה טמפרטורת המים בזמן שהחורירית נוצרה, בדקו החוקרים את אטומי החמצן במולקולות המים שנכלאו בתוך השלדים הנוקשים. לחמצן יש כמה איזוטופים, כלומר מולקולות עם אותו מספר פרוטונים בגרעין, אך מספר נייטרונים שונה. חמצן עם עשרה נייטרונים נקרא חמצן כבד ואילו חמצן עם שמונה נייטרונים נקרא חמצן קל. אטומי החמצן הקל נוטים להתאדות מהר יותר, ולכן השיעור היחסי שלהם בשלד יצטמצם ככל שהטמפרטורה בעת שהשלד נוצר הייתה גבוהה יותר. כך אפשר ללמוד מהרכב האיזוטופים של החמצן על טמפרטורת מי הים בתקופות קדומות, ולקשר אותה ליעילות המשאבה הביולוגית.

ניתוח הממצאים העלה שלפני 15-10 מיליון שנה שררו טמפרטורות גבוהות יחסית, ובתקופה הזאת רוב החוריריות חיו בעומק של 200 מטר. בתקופות מאוחרות יותר, כאשר הטמפרטורות ירדו ומי הים בעומק התקררו, נמצאו חוריריות אפילו בעומק של קילומטר, ולצידן מינים נוספים.

הסבר אפשרי אחד לתופעה הוא מאזן הפחמן הדו-חמצני בים. היחס בין כמות הפחמן הדו-החמצני שפולטים יצורים ימיים בנשימתם לבין כמות הגז שאצות מנצלות בתהליך הפוטוסינתזה מושפע בין השאר מהטמפרטורה. ככל שהטמפרטורה עולה, כמות הפחמן הדו-חמצני שנפלט עולה לעומת הכמות הנקלטת בים. התוצאה היא שפחות פחמן שוקע בים, כלומר פחות חומרי מזון זמינים מגיעים אל המעמקים. בנוסף, בטמפרטורות נמוכות המים בשכבות הגבוהות נהיים צפופים יותר ולכן מתערבלים עם המים הקרים והצפופים שבעומק, ואינם צפים מעליהם. כך יותר חומרי מזון מגיעים לאזורים עמוקים.

החוקרים מעריכים שעם ההתחממות הגלובלית מספר המינים באזור הדמדומים עלול להצטמצם, בעקבות ירידה ביעילות משאבת הפחמן הביולוגית. המחקר מראה שהאזור הזה רגיש לשינויי האקלים יותר מכפי שידענו עד כה. לעלייה של מעלה אחת או שתיים עלולה להיות השפעה מרחיקת לכת על החיים בעומק שבו נמצא יותר מחמישית משטח קרקעית האוקיינוסים. אם ברצוננו להבין את התהליכים המורכבים המתרחשים מתחת לפני הים, חשוב שנמשיך לחקור את החיים שמעבר לתחומן של קרני השמש.