Paradoks metanu w oceanie – czym jest i dlaczego ma znaczenie?

Gaz cieplarniany tam, gdzie nie powinien się znajdować

Metan jest jednym z najsilniejszych gazów cieplarnianych na Ziemi, zatrzymującym około 80 razy więcej ciepła niż dwutlenek węgla w okresie 20 lat. Naukowcy od dawna wiedzą, że mikroorganizmy wytwarzające metan, zwane metanogenami, rozwijają się tylko w środowiskach beztlenowych – na bagnach, polach ryżowych, w jelitach przeżuwaczy i głębokich osadach oceanicznych.

Jednak od dziesięcioleci oceanografowie mierzyli coś, co przeczyło tej zasadzie: nasłoneczniona, bogata w tlen powierzchnia otwartego oceanu stale uwalnia metan do atmosfery. Zjawisko to odpowiada za szacunkowo 4 procent globalnej produkcji metanu – niewielki, ale znaczący udział w globalnym budżecie gazów cieplarnianych. Jak woda bogata w tlen może generować gaz, którego producenci nie mogą przetrwać w tlenie?

Ta sprzeczność stała się znana jako paradoks metanu w oceanie i przez ponad 40 lat wprawiała badaczy w zakłopotanie.

Jak mikroby wytwarzają metan w natlenionej wodzie

Odpowiedź leży nie w tradycyjnych metanogenach, ale w zwykłych bakteriach morskich robiących coś nieoczekiwanego. Badania prowadzone przez geochemika Dana Repetę z Woods Hole Oceanographic Institution, opublikowane w Nature Geoscience, ujawniły, że rozpuszczona materia organiczna w oceanie zawiera nowe polisacharydy – długie łańcuchy cząsteczek cukru wytwarzane przez bakterie fotosyntetyzujące w górnej warstwie oceanu.

Polisacharydy te zawierają wiązania węgiel-fosfor (C-P) identyczne z tymi, które znajdują się w związku zwanym metylofosfonianem (MPn). Kiedy pospolite bakterie tlenowe rozkładają te cząsteczki, aby pozyskać fosfor, rozszczepiają te wiązania C-P i uwalniają metan, etylen i propylen jako produkty uboczne. W eksperymentach laboratoryjnych, gdy oczyszczone polisacharydy dodawano do próbek wody morskiej z bakteriami, aktywność mikrobów gwałtownie wzrastała, a fiolki zaczynały wytwarzać duże ilości metanu.

Co istotne, morski archeon o nazwie Nitrosopumilus maritimus – jeden z najliczniejszych organizmów w wodach powierzchniowych oceanu – posiada maszynerię genetyczną do produkcji metylofosfonianu. Podobne geny pojawiają się u wielu mikrobów morskich, co sugeruje, że produkcja MPn jest powszechna w oceanach na całym świecie.

Niedobór fosforanów: główny przełącznik

Kluczowy przełom nastąpił dzięki zespołowi z University of Rochester, kierowanemu przez Thomasa Webera, którego badanie z 2026 roku opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences pokazało, jak ten proces działa w skali globalnej. Naukowcy odkryli, że bakterie uciekają się do rozrywania wiązań C-P tylko wtedy, gdy ich preferowany składnik odżywczy – rozpuszczony fosforan – jest rzadki.

"Niedobór fosforanów jest głównym regulatorem produkcji i emisji metanu w otwartym oceanie" – wyjaśnił Weber. W bogatych w składniki odżywcze strefach upwellingu przybrzeżnego bakterie mają pod dostatkiem fosforanów i ignorują wiązania C-P w rozpuszczonej materii organicznej. Ale na rozległych obszarach otwartego oceanu – zwłaszcza na subtropikalnych wirach – stężenia fosforanów spadają na tyle nisko, że mikroby zwracają się ku metylofosfonianowi jako alternatywnemu źródłu fosforu, generując w ten sposób metan.

Pętla sprzężenia zwrotnego klimatu, której brakuje w modelach

Ten mechanizm ma alarmujące implikacje dla zmian klimatycznych. W miarę jak ocean ociepla się od powierzchni w dół, różnica gęstości między ciepłą wodą powierzchniową a zimną wodą głębinową wzrasta, spowalniając mieszanie pionowe. Ograniczone mieszanie oznacza, że mniej składników odżywczych – w tym fosforanów – dociera na powierzchnię z głębin.

Rezultatem jest potencjalna pozytywna pętla sprzężenia zwrotnego: ocieplające się oceany stają się bardziej ubogie w składniki odżywcze, co napędza większą produkcję metanu przez mikroby, co dodatkowo wzmacnia ocieplenie. Zespół Webera modelował ten scenariusz i przewidział, że produkcja metanu w oceanie może wzrosnąć nawet dwukrotnie w nadchodzących stuleciach w miarę nasilania się stratyfikacji.

Być może najbardziej niepokojące jest to, że ten mechanizm sprzężenia zwrotnego nie jest obecnie uwzględniony w głównych modelach projekcji klimatycznych. Oznacza to, że istniejące prognozy przyszłego ocieplenia mogą niedoszacowywać wkładu oceanu w metan atmosferyczny – martwy punkt, który badacze teraz pilnie wzywają społeczność modelującą klimat do rozwiązania.

Dlaczego ma to znaczenie wykraczające poza klimat

Zrozumienie paradoksu metanu w oceanie zmienia również sposób, w jaki naukowcy myślą o biogeochemii morskiej. Odkrycie, że zwykłe bakterie tlenowe – a nie egzotyczne metanogeny – napędzają produkcję metanu w oceanie, ujawnia ukrytą ścieżkę metaboliczną działającą w największym ekosystemie na Ziemi. Łączy ona obieg składników odżywczych, ekologię mikrobiologiczną i chemię atmosfery w sposób, który był niewidoczny jeszcze kilka lat temu.

W miarę jak oceany nadal się ocieplają i ulegają stratyfikacji, paradoks, który przez dziesięciolecia wprawiał naukowców w zakłopotanie, może stać się jedną z bardziej konsekwentnych pętli sprzężenia zwrotnego w systemie klimatycznym – taką, którą ludzkość dopiero zaczyna mierzyć i modelować.