Ο σύγχρονος Ειρηνικός Ωκεανός φιλοξενεί τις μεγαλύτερες ζώνες έλλειψης οξυγόνου (ODZs), όπου οι συγκεντρώσεις οξυγόνου είναι τόσο χαμηλές που τα νιτρικά άλατα χρησιμοποιούνται για την αναπνοή οργανικής ύλης. Οι επιστήμονες έχουν κοιτάξει στο παρελθόν για ιστορικές ενδείξεις προσπαθώντας να προβλέψουν την κλίμακα και τη θέση των μελλοντικών νεκρών ζωνών.
Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων ανέφερε σε μια νέα μελέτη ότι η σημερινή μεγαλύτερη ανοιχτή νεκρή ζώνη στον ωκεανό εμφανίστηκε πριν από 8 εκατομμύρια χρόνια λόγω της αυξανόμενης περιεκτικότητας σε θρεπτικά συστατικά στον ωκεανό.
Boston College Ο Επίκουρος Καθηγητής Γης και Περιβαλλοντικών Επιστημών Xingchen "Tony" Wang, κύριος συγγραφέας της έκθεσης, είπε, «Ενώ οι πηγές εμπλουτισμού θρεπτικών συστατικών σήμερα μπορεί να είναι διαφορετικές, η μηχανική που δημιούργησε αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν «ζώνες με έλλειψη οξυγόνου» παραμένουν οι ίδιες. Η καλύτερη κατανόηση των νεκρών ζωνών των ωκεανών από το παρελθόν μπορεί να βοηθήσει τις μελλοντικές προσπάθειες διατήρησης των ωκεανών».
«Για την καλύτερη προστασία των θαλάσσιων οικοσυστημάτων και τη διαχείριση της αλιείας, είναι κρίσιμο να προβλεφθεί πώς θα εξελιχθεί μια ωκεάνια «νεκρή ζώνη» στο μέλλον».
Μια παράκτια νεκρή ζώνη στον ωκεανό προκαλείται κυρίως από την υπερβολική αφθονία θρεπτικών ουσιών που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι στην ξηρά, όπως τα λιπάσματα. Κάθε χρόνο, το ποταμός ΜισσισιπήςΤα ανθρώπινα λιπάσματα προκαλούν μια νεκρή ζώνη στο μέγεθος της πολιτείας του Νιου Τζέρσεϊ βόρειος Κόλπος του Μεξικού.
Ο Γουάνγκ είπε, «Αυτές οι ζώνες εμφανίζονται φυσικά στον ανοιχτό ωκεανό, με τη μεγαλύτερη να βρίσκεται στον ανατολικό Ειρηνικός ωκεανός. Παραμένει ασαφές πώς θα αλλάξουν αυτές οι νεκρές ζώνες καθώς ο πλανήτης θερμαίνεται. Έτσι, μελετήσαμε την ιστορία της νεκρής ζώνης του ανατολικού Ειρηνικού για να προβλέψουμε καλύτερα τη μελλοντική της συμπεριφορά».
Οι επιστήμονες, σε αυτή τη μελέτη, προσπάθησαν να προσδιορίσουν την εξέλιξη των ανοιχτών νεκρών ζωνών των ωκεανών πριν αρχίσει η ανθρώπινη δραστηριότητα να επηρεάζει ωκεανός. Αποφάσισαν επίσης να δουν αν αυτές οι νεκρές ζώνες υπάρχουν πάντα. Εάν ναι, γιατί;
Για να το κάνουν αυτό, εξέτασαν τη χημική σύνθεση των ιζημάτων των ωκεανών κοντά στη μεγαλύτερη νεκρή ζώνη του ωκεανού σήμερα. Έλαβαν δείγματα ιζημάτων που χρονολογούνται πριν από 12 εκατομμύρια χρόνια και ανέλυσαν το άζωτο που περιέχεται σε μικροαπολιθώματα γνωστά ως τρηματοφόρα.
Οι επιστήμονες έψαξαν τις νεκρές ζώνες για ενδείξεις απονιτροποίησης, η οποία μπορεί να γίνει όταν τα επίπεδα οξυγόνου είναι τόσο χαμηλά που οι μικροοργανισμοί πρέπει να χρησιμοποιούν νιτρικά άλατα ως κύρια πηγή ενέργειας. Τα μικρόβια προτιμούν να τρώνε το ελαφρύτερο ισότοπο αζώτου-14 κατά την απονιτροποίηση, το οποίο έχει δύο σταθερά ισότοπα: άζωτο-14 και άζωτο-15.
Οι διογκωμένες ζώνες με έλλειψη οξυγόνου οδηγούν επίσης στην επέκταση των ζωνών απονιτροποίησης. Σύμφωνα με την έκθεση, θα μπορούσε να αυξήσει την αναλογία αζώτου-15 προς άζωτο-14 του υπολοίπου νιτρικού άλατος, η οποία στη συνέχεια καταγράφεται σε οργανισμούς του ωκεανού, όπως τα τρηματοφόρα, ανακυκλώνοντας το άζωτο στα θαλάσσια οικοσυστήματα.
Ο Γουάνγκ είπε, «Αναλύοντας την αναλογία αζώτου-15 προς άζωτο-14 των τρηματοφόρων στα ιζήματα των ωκεανών, μπορούμε να ανασυνθέσουμε την ιστορία της έκτασης των ζωνών με έλλειψη οξυγόνου».
Οι επιστήμονες ανέλυσαν επίσης την περιεκτικότητα σε φώσφορο και σίδηρο των ίδιων ιζημάτων. Η ανάλυσή τους αποκάλυψε την αρχαία περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά στον βαθύ Ειρηνικό Ωκεανό.
Ο Woodward W. Fischer, συν-συγγραφέας της μελέτης και καθηγητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, είπε: «Η περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά στους ωκεανούς είναι δύσκολο να αναδημιουργηθεί και το ρεκόρ μας είναι το πρώτο του είδους του τα τελευταία 12 εκατομμύρια χρόνια. οι τάσεις του έχουν σημαντικές επιπτώσεις για την παγκόσμιος κύκλος άνθρακα και της κλιματικής αλλαγής. "
Ο Γουάνγκ είπε, «Τα ιζηματογενή αρχεία έδειξαν στην ομάδα ότι οι μεγαλύτερες ανοιχτές νεκρές ζώνες στον ωκεανό επεκτάθηκαν σταδιακά τα τελευταία 8 εκατομμύρια χρόνια».
«Επιπλέον, η επέκταση αυτών των νεκρών ζωνών προκλήθηκε κυρίως από τον εμπλουτισμό με θρεπτικά συστατικά. Αυτός ο μηχανισμός είναι παρόμοιος με τον σχηματισμό νεκρών ζωνών στο σημερινό παράκτια ύδατα, εκτός από το ότι οι άνθρωποι είναι υπεύθυνοι για τον τρέχοντα εμπλουτισμό θρεπτικών συστατικών».
Ο Γουάνγκ είπε, «Αυτά τα ευρήματα μπορεί να βοηθήσουν στην καλύτερη πρόβλεψη της μελλοντικής συμπεριφοράς των ανοιχτών νεκρών ζωνών στον ωκεανό. Για παράδειγμα, οι ανθρώπινες δραστηριότητες προσθέτουν όλο και περισσότερο άζωτο στον ωκεανό. Μπορούν να υποστηρίξουν την ανάγκη βελτίωσης των μοντέλων του κλίματος και των ωκεανών για να μετρηθεί καλύτερα ο αντίκτυπος του ανθρωπογενούς αζώτου στις διαδικασίες αποοξυγόνωσης στον ανοιχτό ωκεανό».
Ο Φίσερ είπε, «Η αύξηση των θρεπτικών συστατικών από πριν από 8 εκατομμύρια χρόνια πιθανότατα προκλήθηκε από αυξημένες καιρικές συνθήκες και διάβρωση στην ξηρά, που θα αύξανε την παροχή φωσφόρου στον ωκεανό».
Wang είπε, «Επιπλέον, τα χερσαία οικοσυστήματα υπέστησαν μια σημαντική μετάβαση μεταξύ 8 και 6 εκατομμυρίων ετών. Πολλά δάση αντικαταστάθηκαν από λιγότερο πυκνά λιβάδια, γνωστά ως επέκταση των οικοσυστημάτων C4. Με περισσότερα λιβάδια, διάβρωση του εδάφους θα μπορούσε να είχε αυξηθεί κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου και θα είχε προκαλέσει μεγαλύτερη μεταφορά οργανικών θρεπτικών ουσιών στον ωκεανό».
«Ένα πιθανό επόμενο βήμα σε αυτή την έρευνα θα ήταν να προσδιοριστεί πώς η ροή αζώτου στον ωκεανό από την ανθρώπινη δραστηριότητα μπορεί να επηρεάσει τον κύκλο των θρεπτικών συστατικών του ωκεανού».
«Τα βασικά ερωτήματα βρίσκονται στις παράκτιες ζώνες μας, όπου το πιο ανθρωπογενές άζωτο εισέρχεται στον ωκεανό. Εάν το μεγαλύτερο μέρος του ανθρωπογενούς αζώτου αφαιρεθεί στις παράκτιες περιοχές - ουσιαστικά με απονιτροποίηση που λαμβάνει χώρα στα ιζήματα - τότε αυτό θα μπορούσε να μειώσει τις επιπτώσεις σε ολόκληρο τον ωκεανό. Η ερευνητική μας ομάδα στο BC αυτή τη στιγμή κάνει κάποια εργασία στον Βόρειο Κόλπο του Μεξικού για να κατανοήσει καλύτερα την τύχη του ανθρωπογενούς αζώτου στον ωκεανό».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Xingchen Tony Wang, Ωκεάνια αύξηση των θρεπτικών ουσιών και η ύστερη μειόκαινη έναρξη των ζωνών με έλλειψη οξυγόνου στον Ειρηνικό, Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
