Der moderne Pazifische Ozean beherbergt die größten Sauerstoffmangelzonen (ODZs), in denen die Sauerstoffkonzentration so niedrig ist, dass Nitrat zum Atmen organischer Stoffe verwendet wird. Wissenschaftler haben in der Vergangenheit nach historischen Hinweisen gesucht, um das Ausmaß und die Lage künftiger toter Zonen vorherzusagen.
Ein internationales Wissenschaftlerteam berichtete in einer neuen Studie, dass die heute größte tote Zone im offenen Ozean vor 8 Millionen Jahren aufgrund des zunehmenden Nährstoffgehalts im Ozean entstand.
Boston College Xingchen „Tony“ Wang, Assistenzprofessor für Geo- und Umweltwissenschaften, einer der Hauptautoren des Berichts, sagte: „Während die Quellen der Nährstoffanreicherung heute unterschiedlich sein mögen, bleiben die Mechanismen, die zur Entstehung dessen geführt haben, was Wissenschaftler als „Sauerstoffmangelzonen“ bezeichnen, dieselben.“ Ein besseres Verständnis der toten Zonen der Ozeane aus der Vergangenheit könnte zukünftige Bemühungen zum Schutz der Ozeane unterstützen.“
„Um Meeresökosysteme besser zu schützen und die Fischerei zu verwalten, ist es von entscheidender Bedeutung, vorherzusagen, wie sich eine ‚tote Zone‘ der Ozeane in Zukunft entwickeln wird.“
Eine tote Meereszone an der Küste entsteht vor allem durch den Überfluss an Nährstoffen, die Menschen an Land verbrauchen, wie etwa Düngemittel. Jedes Jahr wird die MississippiDie menschlichen Düngemittel verursachen eine tote Zone in der Größe des Bundesstaates New Jersey nördlichen Golf von Mexiko.
Wang sagte, „Diese Zonen kommen natürlich auch im offenen Ozean vor, wobei die größte im Osten zu finden ist Pazifik. Es bleibt unklar, wie sich diese toten Zonen verändern werden, wenn sich der Planet erwärmt. Deshalb haben wir die Geschichte der toten Zone im Ostpazifik untersucht, um ihr zukünftiges Verhalten besser vorhersagen zu können.“
Wissenschaftler haben sich in dieser Studie zum Ziel gesetzt, die Entwicklung der toten Zonen im offenen Ozean zu bestimmen, bevor menschliche Aktivitäten begannen, sie zu beeinflussen Ozean. Sie beschlossen auch zu prüfen, ob diese toten Zonen immer existieren. Wenn ja warum?
Dazu untersuchten sie die chemische Zusammensetzung von Meeressedimenten in der Nähe der heute größten toten Meereszone. Sie entnahmen Sedimentproben aus der Zeit vor 12 Millionen Jahren und analysierten den Stickstoff, der in Mikrofossilien, sogenannten Foraminiferen, enthalten ist.
Die Wissenschaftler suchten in den Totzonen nach Hinweisen auf Denitrifikation, die auftreten kann, wenn der Sauerstoffgehalt so niedrig ist, dass Mikroorganismen Nitrat als primäre Energiequelle nutzen müssen. Mikroben fressen bei der Denitrifikation bevorzugt das leichtere Stickstoff-14-Isotop, das zwei stabile Isotope aufweist: Stickstoff-14 und Stickstoff-15.
Ausgedehnte Sauerstoffmangelzonen führen auch zur Ausweitung von Denitrifikationszonen. Dem Bericht zufolge könnte es das Stickstoff-15-zu-Stickstoff-14-Verhältnis des verbleibenden Nitrats erhöhen, das dann in Meeresorganismen wie Foraminiferen durch den Stickstoffkreislauf in Meeresökosystemen erfasst wird.
Wang sagte, „Durch die Analyse des Stickstoff-15-zu-Stickstoff-14-Verhältnisses von Foraminiferen in Meeressedimenten können wir die Geschichte des Ausmaßes von Sauerstoffmangelzonen rekonstruieren.“
Wissenschaftler analysierten auch den Phosphor- und Eisengehalt derselben Sedimente. Ihre Analyse enthüllte den alten Nährstoffgehalt im tiefen Pazifischen Ozean.
Woodward W. Fischer, Mitautor der Studie und Professor am California Institute of Technology, sagte: „Der Nährstoffgehalt der Tiefsee ist schwer zu rekonstruieren, und unsere Aufzeichnungen sind die ersten ihrer Art in den letzten 12 Millionen Jahren; Seine Trends haben wichtige Auswirkungen auf die globaler Kohlenstoffkreislauf und Klimawechsel"
Wang sagte, „Die Sedimentaufzeichnungen zeigten dem Team, dass sich die größten toten Zonen im offenen Ozean in den letzten 8 Millionen Jahren allmählich ausgedehnt haben.“
„Außerdem wurde die Ausdehnung dieser toten Zonen hauptsächlich durch die Nährstoffanreicherung verursacht. Dieser Mechanismus ähnelt der Bildung von Totzonen in der heutigen Zeit Küstengewässer, außer dass der Mensch für die aktuelle Nährstoffanreicherung verantwortlich ist.“
Wang sagte, „Diese Ergebnisse können dazu beitragen, das zukünftige Verhalten toter Zonen im offenen Ozean besser vorherzusagen. Durch menschliche Aktivitäten gelangt beispielsweise immer mehr Stickstoff in die Ozeane. Sie können die Notwendigkeit unterstützen, Klima- und Ozeanmodelle zu verbessern, um die Auswirkungen von anthropogenem Stickstoff auf die Sauerstoffentzugsprozesse im offenen Ozean besser abschätzen zu können.“
Fischer sagte: „Der Nährstoffanstieg seit vor 8 Millionen Jahren wurde wahrscheinlich durch zunehmende Verwitterung und Erosion an Land verursacht, was die Abgabe von Phosphor an die Ozeane erhöhen würde.“
Wang sagte, „Darüber hinaus erlebten terrestrische Ökosysteme vor 8 bis 6 Millionen Jahren einen großen Wandel. Viele Wälder wurden durch weniger dichtes Grasland ersetzt, was als Erweiterung von C4-Ökosystemen bekannt ist. Mit mehr Grünland, Bodenerosion könnte in diesem Zeitraum zugenommen haben und eine stärkere Übertragung organischer Nährstoffe in den Ozean ausgelöst haben.“
„Ein wahrscheinlicher nächster Schritt in dieser Forschung wäre die Bestimmung, wie sich der durch menschliche Aktivitäten verursachte Stickstofffluss in den Ozean auf den Nährstoffkreislauf des Ozeans auswirken kann.“
„Die Schlüsselfragen liegen in unseren Küstengebieten, wo der anthropogenste Stickstoff in den Ozean gelangt. Wenn der größte Teil des anthropogenen Stickstoffs in Küstenregionen entfernt wird – im Wesentlichen durch Denitrifikation in den Sedimenten –, könnte dies die Auswirkungen auf den gesamten Ozean verringern. Unsere Forschungsgruppe in BC führt derzeit einige Arbeiten im nördlichen Golf von Mexiko durch, um das Schicksal des anthropogenen Stickstoffs im Ozean besser zu verstehen.“
Journal Referenz:
- Xingchen Tony Wang, Ozeanischer Nährstoffanstieg und die Entstehung sauerstoffarmer Zonen im Pazifik im späten Miozän, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). zurück X
