Det moderne Stillehav er vært for de største iltmangelzoner (ODZ'er), hvor iltkoncentrationerne er så lave, at nitrat bruges til at indånde organisk stof. Forskere har kigget til fortiden efter historiske spor i forsøget på at forudsige omfanget og placeringen af fremtidige døde zoner.
Et internationalt hold af videnskabsmænd rapporterede i en ny undersøgelse, at nutidens største åbne hav-døde zone opstod for 8 millioner år siden på grund af stigende havets næringsstofindhold.
Boston College Adjunkt i jord- og miljøvidenskab Xingchen "Tony" Wang, en hovedforfatter af rapporten, sagde: "Selvom kilderne til næringsstofberigelse i dag kan være anderledes, forbliver mekanikken, der skabte, hvad forskerne kalder "iltmangelfulde zoner", den samme. En bedre forståelse af havets døde zoner fra fortiden kan hjælpe fremtidige havbevaringsindsatser."
"For bedre at beskytte marine økosystemer og forvalte fiskeriet er det afgørende at forudsige, hvordan en 'død zone' i havet vil udvikle sig i fremtiden."
En død zone ved kysthavet skyldes primært overfloden af næringsstoffer, som folk bruger på landjorden, såsom gødning. Hvert år Mississippi-floden's menneskelige gødning forårsager en død zone på størrelse med staten New Jersey i den nordlige Mexicanske Golf.
Wang sagde, "Disse zoner forekommer også naturligt i det åbne hav, hvor de største findes i det østlige Stillehavet. Det er stadig uklart, hvordan disse døde zoner vil ændre sig, når planeten opvarmes. Så vi studerede historien om den østlige Stillehavs-døde zone for at forudsige dens fremtidige adfærd bedre."
Forskere, i denne undersøgelse, satte sig for at bestemme udviklingen af åbne hav-døde zoner, før menneskelig aktivitet begyndte at påvirke ocean. De besluttede også at se, om disse døde zoner altid eksisterer. Hvis ja, hvorfor?
For at gøre det undersøgte de den kemiske sammensætning af havsedimenter nær nutidens største havdøde zone. De opnåede sedimentprøver, der gik 12 millioner år tilbage og analyserede nitrogen indeholdt i mikrofossiler kendt som foraminiferer.
Forskerne søgte i de døde zoner efter beviser for denitrifikation, som kan opstå, når iltniveauet er så lavt, at mikroorganismer skal bruge nitrat som deres primære energikilde. Mikrober foretrækker at spise den lettere nitrogen-14 isotop under denitrifikation, som har to stabile isotoper: nitrogen-14 og nitrogen-15.
Udvidede iltmangelzoner fører også til udvidelse af denitrifikationszoner. Ifølge rapporten kan det hæve forholdet mellem nitrogen-15 og nitrogen-14 af det resterende nitrat, som derefter registreres i havorganismer som foraminiferer ved at cirkulere nitrogen i marine økosystemer.
Wang sagde, "Ved at analysere forholdet mellem nitrogen-15 og nitrogen-14 af foraminiferer i havsedimenter kan vi rekonstruere historien om omfanget af iltmangelzoner."
Forskere analyserede også indholdet af fosfor og jern i de samme sedimenter. Deres analyse afslørede det gamle næringsstofindhold i det dybe Stillehav.
Woodward W. Fischer, en medforfatter af undersøgelsen og professor ved California Institute of Technology, sagde: “Dybhavernes næringsstofindhold er svært at rekonstruere, og vores rekord er den første af sin slags gennem de sidste 12 millioner år; dens tendenser har vigtige konsekvenser for global kulstofcyklus , klima forandring".
Wang sagde, "De sedimentære optegnelser viste holdet, at de største åbne hav-døde zoner gradvist udvidede sig i løbet af de sidste 8 millioner år."
"Yderligere var udvidelsen af disse døde zoner hovedsageligt forårsaget af næringsstofberigelse. Denne mekanisme ligner dannelsen af døde zoner i nutidens kystnære farvande, bortset fra at mennesker er ansvarlige for den nuværende næringsstofberigelse."
Wang sagde, "Disse resultater kan hjælpe med bedre at forudsige den fremtidige adfærd i åbne hav-døde zoner. For eksempel har menneskelige aktiviteter tilført mere og mere nitrogen til havet. De kan understøtte behovet for at forbedre klima- og havmodeller for bedre at måle indvirkningen af menneskeskabt nitrogen på deoxygeneringsprocesserne i det åbne hav."
Fischer sagde, "Næringsstofstigningen siden 8 millioner år siden var sandsynligvis forårsaget af øget forvitring og erosion på land, hvilket ville øge leveringen af fosfor til havet."
Wang sagde, ”Derudover gennemgik terrestriske økosystemer en stor overgang for mellem 8 og 6 millioner år siden. Mange skove blev erstattet af mindre tætte græsarealer, kendt som udvidelsen af C4-økosystemer. Med mere græsarealer, jorderosion kunne være steget i denne periode, og det ville have udløst en større overførsel af organiske næringsstoffer til havet."
"Et sandsynligt næste skridt i denne forskning ville være at bestemme, hvordan strømmen af nitrogen til havet fra menneskelig aktivitet kan påvirke havets næringsstofkredsløb."
”Nøglespørgsmålene ligger i vores kystzoner, hvor det mest menneskeskabte kvælstof kommer ud i havet. Hvis det meste af menneskeskabt nitrogen fjernes i kystområder - hovedsagelig ved denitrifikation, der finder sted i sedimenterne - så kan det mindske påvirkningen af hele havet. Vores forskergruppe ved BC arbejder i øjeblikket i den nordlige Mexicanske Golf for bedre at forstå skæbnen for menneskeskabt nitrogen i havet."
Journal Reference:
- Xingchen Tony Wang, Oceanisk næringsstofstigning og den sene miocæne begyndelse af Stillehavets iltmangelfulde zoner, Proceedings of National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
