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Des microbes inconnus peuvent être un signal d’alerte précoce d’un point de basculement climatique
Trouvé dans les lacs et les rivières du monde entier, des créatures unicellulaires comme celles-ci Bourse paramécie Il peut à la fois manger et photosynthétiser. Des microbes comme ceux-ci jouent un double rôle dans le changement climatique, libérant ou absorbant du dioxyde de carbone – le gaz à effet de serre piégeant la chaleur qui est le principal moteur du réchauffement – selon qu’ils adoptent un mode de vie animal ou végétal. Crédit : Daniel J Wiczynski, Duke University
L’augmentation des niveaux de chaleur pourrait pousser le plancton océanique et d’autres organismes unicellulaires vers le seuil de carbone, ce qui pourrait exacerber le réchauffement climatique. Cependant, des études récentes suggèrent qu’il pourrait être possible d’identifier les signes avant-coureurs avant que ces organismes n’atteignent ce point critique.
Un groupe de scientifiques menant des recherches sur une classe de microbes répandue, mais souvent négligée, a découvert une boucle de rétroaction climatique qui pourrait augmenter le réchauffement climatique. Cependant, cette découverte a un avantage : elle peut également être un signal d’alerte précoce.
À l’aide de simulations informatiques, des chercheurs de l’Université Duke et de l’Université de Californie à Santa Barbara ont montré que la grande majorité du plancton océanique mondial, ainsi que de nombreux organismes unicellulaires qui habitent les lacs, les tourbières et d’autres écosystèmes, pourraient atteindre un niveau de basculement. indiquer. Ici, au lieu d’absorber du dioxyde de carbone, ils commencent à faire le contraire. Ce changement est le résultat de la façon dont votre métabolisme réagit au réchauffement.
Parce que le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre, cela peut à son tour faire monter les températures – une boucle de rétroaction positive qui peut conduire à un changement rapide, où de petites quantités de réchauffement ont un impact important.
Mais en surveillant attentivement leur abondance, nous pourrons peut-être anticiper le point de basculement avant qu’il n’arrive ici, rapportent les chercheurs dans une étude publiée le 1er juin dans la revue Nature. écologie fonctionnelle.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur un groupe de micro-organismes appelés mixotrophes, ainsi nommés parce qu’ils mélangent deux modes de métabolisme : ils peuvent photosynthétiser comme une plante ou chasser la nourriture comme un animal, selon les conditions.
« Ils sont comme[{ » attribute= » »>Venus fly traps of the microbial world,” said first author Daniel Wieczynski, a postdoctoral associate at Duke.
During photosynthesis, they soak up carbon dioxide, a heat-trapping greenhouse gas. And when they eat, they release carbon dioxide. These versatile organisms aren’t considered in most models of global warming, yet they play an important role in regulating climate, said senior author Jean P. Gibert of Duke.
Most of the plankton in the ocean — things like diatoms, dinoflagellates — are mixotrophs. They’re also common in lakes, peatlands, in damp soils, and beneath fallen leaves.
“If you were to go to the nearest pond or lake and scoop a cup of water and put it under a microscope, you’d likely find thousands or even millions of mixotrophic microbes swimming around,” Wieczynski said.
“Because mixotrophs can both capture and emit carbon dioxide, they’re like ‘switches’ that could either help reduce climate change or make it worse,” said co-author Holly Moeller, an assistant professor at the University of California, Santa Barbara.
To understand how these impacts might scale up, the researchers developed a mathematical model to predict how mixotrophs might shift between different modes of metabolism as the climate continues to warm.
The researchers ran their models using a 4-degree span of temperatures, from 19 to 23 degrees Celsius (66-73 degrees Fahrenheit). Global temperatures are likely to surge 1.5 degrees Celsius above pre-industrial levels within the next five years, and are on pace to breach 2 to 4 degrees before the end of this century.
The analysis showed that the warmer it gets, the more mixotrophs rely on eating food rather than making their own via photosynthesis. As they do, they shift the balance between carbon in and carbon out.
The models suggest that, eventually, we could see these microbes reach a tipping point — a threshold beyond which they suddenly flip from carbon sink to carbon source, having a net warming effect instead of a cooling one.
This tipping point is hard to undo. Once they cross that threshold, it would take significant cooling — more than one degree Celsius — to restore their cooling effects, the findings suggest.
But it’s not all bad news, the researchers said. Their results also suggest that it may be possible to spot these shifts in advance, if we watch out for changes in mixotroph abundance over time.
“Right before a tipping point, their abundances suddenly start to fluctuate wildly,” Wieczynski said. “If you went out in nature and you saw a sudden change from relatively steady abundances to rapid fluctuations, you would know it’s coming.”
Whether the early warning signal is detectable, however, may depend on another key factor revealed by the study: nutrient pollution.
Discharges from wastewater treatment facilities and runoff from farms and lawns laced with chemical fertilizers and animal waste can send nutrients like nitrate and phosphate into lakes and streams and coastal waters.
When Wieczynski and his colleagues included higher amounts of such nutrients in their models, they found that the range of temperatures over which the telltale fluctuations occur starts to shrink until eventually the signal disappears and the tipping point arrives with no apparent warning.
The predictions of the model still need to be verified with real-world observations, but they “highlight the value of investing in early detection,” Moeller said.
“Tipping points can be short-lived, and thus hard to catch,” Gibert said. “This paper provides us with a search image, something to look out for, and makes those tipping points — as fleeting as they may be — more likely to be found.”
Reference: “Mixotrophic microbes create carbon tipping points under warming” by Daniel J. Wieczynski, Holly V. Moeller and Jean P. Gibert, 31 May 2023, Functional Ecology.
DOI: 10.1111/1365-2435.14350
The study was funded by the Simons Foundation, the National Science Foundation, and the U.S. Department of Energy.
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BEIJING, 27 avril 2020 (Xinhua) – Le satellite astronomique chinois Einstein Probe, envoyé dans l'espace en janvier de cette année, a capturé les premières images de découverte en orbite, qui ont été présentées lors d'un forum parallèle au Forum Zhongguancun 2024 à Pékin. Le samedi.
Inspiré par les fonctions des yeux de homard, l'EP utilise une nouvelle technologie de détection aux rayons X pour détecter de mystérieux phénomènes transitoires dans l'univers qui clignotent comme des feux d'artifice.
Depuis le lancement de la sonde le 9 janvier de cette année, des tests opérationnels ont été effectués, confirmant la fonctionnalité et les spécifications, a déclaré Yuan Weimin, chercheur principal de la mission EP et chercheur aux Observatoires astronomiques nationaux de l'Académie chinoise des sciences. Performances du satellite EP et de ses instruments scientifiques.
Pendant la phase d'exploitation, EP a détecté 17 transitoires de rayons X et 127 éruptions stellaires. Ces résultats ont guidé un groupe de télescopes au sol et dans l'espace lors d'observations ultérieures dans plusieurs bandes d'ondes, a déclaré Yuan.
Yuan a ajouté que l'analyse préliminaire des données de l'EP et d'autres télescopes a confirmé la capacité de l'EP à détecter diverses sources de rayons X et même de nouveaux types d'objets, ainsi que son rôle important dans la révélation de l'évolution de l'univers et de la structure de l'espace-temps.
« Grâce à de grands efforts, notre équipe a rendu possible cette mission presque impossible », a déclaré Yuan.
Zhang Chen, chercheur principal adjoint à l'EP, a déclaré que la sonde avait pris des images aux rayons X de divers objets célestes pendant sa phase de fonctionnement. Ces observations ont démontré les capacités exceptionnelles des deux instruments scientifiques de l'EP : le télescope à rayons X à grand champ (WXT) pour observer un panorama du ciel en rayons X, et le télescope à rayons X de suivi (FXT) pour fournir une vue rapprochée du ciel aux rayons X. -Affiche et identifie les sources transitoires capturées par WXT.
Zhang a ajouté qu'EP poursuivrait ses activités d'étalonnage en orbite dans les mois à venir.
La mission EP fait partie d’une série de missions scientifiques spatiales dirigées par CAS. Il s'agit également d'une mission de coopération internationale avec la contribution de l'Agence spatiale européenne (ESA), de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) en Allemagne et de l'agence spatiale française CNES.
La mission vise à aider les scientifiques à capturer la première lumière des explosions de supernova, à rechercher et à localiser les signaux de rayons X accompagnant les événements d'ondes gravitationnelles, et à détecter les trous noirs dormants et d'autres corps célestes faibles, éphémères et variables dans les confins de l'univers. ■
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L'écran de communication laser de la NASA transmet des données à plus de 140 millions de kilomètres
La démonstration de la technologie Deep Space Optical Communications (DSOC) de la NASA, qui se déroule à bord du vaisseau spatial Psyche de la NASA, continue de battre des records. Bien que le vaisseau spatial ne repose pas sur les communications optiques pour envoyer des données, la nouvelle technologie a démontré sa capacité en envoyant une copie des données techniques à une distance de plus de 140 millions de miles (226 millions de kilomètres), soit 1,5 fois la distance entre la Terre et le Soleil. .
Il s’agit d’une réalisation record qui donne un aperçu de la manière dont les engins spatiaux utiliseront les communications optiques à l’avenir. Cette technologie pourrait permettre des communications à débit de données plus élevé pour des informations scientifiques complexes, ainsi que des images et des vidéos haute définition, le tout pour soutenir le prochain pas de géant de l'humanité : envoyer des humains sur Mars.
Le vaisseau spatial a été lancé le 13 octobre 2023 et est maintenant en route vers la principale ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter pour visiter l'astéroïde Psyché. Sa technologie de communication laser est conçue pour transmettre des données depuis l’espace lointain à des vitesses 10 à 100 fois plus rapides que les systèmes radiofréquences actuellement utilisés dans les missions dans l’espace lointain.
La démonstration de communications optiques de la NASA a montré qu'elle peut transmettre des données de test à un débit maximum de 267 mégabits par seconde (Mbps) à partir du laser de liaison descendante proche infrarouge de son émetteur-récepteur laser. Cette vitesse est comparable aux vitesses de téléchargement Internet haut débit, ce qui en fait un développement passionnant pour l’avenir des communications par satellite.
Le 11 décembre 2023, la NASA a pu envoyer une vidéo ultra haute définition de 15 secondes vers la Terre à une distance de 19 millions de kilomètres, soit environ 80 fois la distance entre la Terre et la Lune. La vidéo, ainsi que d'autres données de test, y compris des versions numériques d'œuvres d'art inspirées de l'ASU, ont été téléchargées sur l'émetteur-récepteur laser de l'aviation avant le lancement de Psyché l'année dernière.
Le taux de transfert de données du vaisseau spatial diminuait considérablement à mesure qu'il s'éloignait. Lors du test du 8 avril, le vaisseau spatial a pu transmettre des données de test à un débit maximum de 25 Mbps, bien au-dessus de l'objectif minimum du projet de 1 Mbps.
De plus, l'équipe du projet a testé avec succès le système de communication optique de l'émetteur-récepteur en envoyant une partie des mêmes données au télescope Hale de l'observatoire Palomar de Caltech, et en transmettant en même temps les données au Deep Space Network de la NASA via un canal radiofréquence.
Après le lancement de Psyché, l'affichage des communications visuelles a été utilisé pour la première fois pour relier des données préchargées, qui comprenaient des données célèbres. Vidéo du chat Taters. Depuis lors, le projet a démontré que l'émetteur-récepteur peut recevoir des données provenant d'un laser de liaison montante à haute énergie situé dans les installations du JPL à Table Mountain, près de Wrightwood, en Californie.
Lors d'une récente « expérience de transformation », le projet a pu envoyer des données à un émetteur-récepteur, puis le relier à la Terre la même nuit, réalisant ainsi un aller-retour allant jusqu'à 280 millions de miles (450 millions de kilomètres). Parallèlement aux données du test, l'expérience a également transféré des photos numériques des animaux de compagnie vers Psyché et vice versa. De plus, il met en corrélation de grandes quantités de données techniques pour la démonstration technologique afin d'étudier les caractéristiques de la liaison de communication optique.
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L'évolution de la croûte continentale terrestre au début de son histoire contient des indices sur les processus dynamiques qui ont façonné notre planète. Depuis des décennies, les scientifiques débattent d'un changement majeur dans la composition de la croûte terrestre survenu il y a environ 3 milliards d'années.
Si la tectonique des plaques a sans aucun doute joué un rôle, de nouvelles recherches de… Institut de géochimie de Guangzhou Remet en question l’idée des forces tectoniques comme cause principale. Cela indique un rôle surprenant dans l'augmentation de la chaleur au sein du manteau terrestre.
Le zircon dans l'histoire géologique de la Terre
Le zircon, un minéral exceptionnellement malléable, constitue un dépositaire essentiel de l'histoire géologique de la Terre. Ces cristaux proviennent des profondeurs de la roche en fusion et capturent les conditions de leur formation dans leur composition chimique unique.
Lorsque le zircon durcit, il encapsule les isotopes de divers éléments tels que l'oxygène, le hafnium et l'uranium. En examinant ces isotopes, les scientifiques acquièrent des informations inestimables sur l'âge et l'évolution de la croûte terrestre.
Cette analyse permet aux chercheurs de construire une chronologie détaillée des événements géologiques. Cela les aide à comprendre les processus dynamiques qui ont influencé la formation et la structure de la croûte continentale sur des milliards d’années.
Régénération de la croûte terrestre
L'analyse géochimique des cristaux de zircon a révélé un changement majeur dans la composition de la croûte terrestre il y a environ 3 milliards d'années. Ce métamorphisme, caractérisé par un changement dans les rapports isotopiques spécifiques, indique un processus de « rajeunissement » de la croûte terrestre – l'ajout de matériaux nouvellement formés à une croûte continentale plus ancienne.
Traditionnellement, le renouvellement de la croûte terrestre a été attribué à une activité tectonique mondiale accrue. Cette théorie indique que le mouvement de plaques tectoniques massives à la surface de la Terre a conduit au recyclage d'anciens matériaux de la croûte terrestre.
Cependant, de nouvelles recherches offrent une perspective différente. L'étude suggère que les changements souterrains pourraient avoir joué un rôle plus important dans le rajeunissement de la Terre qu'on ne le pensait auparavant.
Rôle de la chaleur du manteau
Les recherches mettent en évidence une augmentation significative de la chaleur émanant du manteau terrestre il y a environ trois milliards d'années. L'augmentation de l'énergie thermique pourrait être causée par des changements dans les processus de désintégration radioactive au sein du manteau.
Cela a entraîné une augmentation du dégagement de chaleur. Les conséquences d’une augmentation de la température du manteau sur la croûte située au-dessus pourraient être énormes. Une chaleur intense peut provoquer une fonte partielle des régions inférieures de la croûte, conduisant éventuellement à la formation de mares de magma à la limite croûte-manteau.
À mesure que ce magma nouvellement formé s’élève et interagit avec les matériaux crustaux existants, il entraînera des changements dans la composition de la croûte. Ces modifications conduisent souvent à la formation de nouveaux types de roches et laissent des signatures géochimiques distinctes.
De tels changements sont particulièrement visibles dans les cristaux de zircon trouvés dans ces roches. Le zircon, grâce à sa capacité à encapsuler et à préserver les signatures chimiques de son environnement de formation, constitue un excellent enregistreur de ces processus.
En analysant la composition isotopique et élémentaire du zircon, les scientifiques peuvent retracer ces événements transformateurs dans la croûte terrestre, obtenant ainsi un aperçu des interactions dynamiques entre la chaleur du manteau et les structures crustales sus-jacentes.
Retravailler la croûte terrestre et la croissance des continents
Il semble que le remodelage de la croûte terrestre dû à l'augmentation de la température du manteau ait été un facteur décisif dans l'expansion des masses continentales de la planète. À mesure que le manteau se réchauffait, la croûte inférieure fondait et générait du magma flottant.
Une fois durci, le nouveau matériau ajoute du volume et de la flottabilité à la coque, l'épaississant ainsi efficacement. Ce processus a probablement contribué de manière significative à la création et à la stabilité de grandes masses continentales.
L’épaississement de la croûte dû à l’ajout de magma nouvellement formé provenant des profondeurs de la Terre offre une perspective alternative aux vues traditionnelles qui mettent l’accent sur les activités tectoniques de surface, telles que les mouvements des plaques, comme principaux moteurs de la croissance continentale.
Le modèle basé sur la température met l’accent sur l’importance des processus géodynamiques internes, montrant à quel point la dynamique de la Terre est intimement liée aux changements observés à la surface.
En reconnaissant le rôle de la chaleur du manteau dans la formation des continents terrestres, les scientifiques mettent en évidence l'interconnexion entre les processus internes de la planète et ses caractéristiques géologiques externes.
Cette approche remet non seulement en question l'accent traditionnel mis sur la tectonique de surface, mais enrichit également notre compréhension de l'histoire géologique de la Terre en montrant comment les conditions souterraines influencent le développement et l'évolution des structures continentales.
L'évolution de la Terre reconsidérée
Cette recherche appelle à reconsidérer notre compréhension des années de formation de la Terre. Alors que les zones de subduction (où une plaque tectonique s'enfonce sous une autre) étaient actives au début de la Terre, leur influence sur la croissance de la croûte pourrait avoir été complétée par des processus profonds du manteau.
Élucider l'interaction entre la thermodynamique interne et la tectonique de surface est crucial pour construire un modèle complet de l'évolution de notre planète.
L'étude d'anciens cristaux de zircon met en lumière l'histoire complexe de la croûte continentale terrestre. Si les forces tectoniques restent essentielles, ces recherches soulignent l’importance de la chaleur interne dans la formation des continents que nous habitons.
La poursuite des recherches sur l'histoire profonde de la Terre améliorera sans aucun doute notre compréhension de sa transformation remarquable au cours de milliards d'années et donnera un aperçu des caractéristiques uniques qui rendent notre planète habitable.
L'étude est publiée dans la revue Lettres de recherche géophysique.
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