اقیانوس آرام مدرن میزبان بزرگترین مناطق کمبود اکسیژن (ODZs) است، جایی که غلظت اکسیژن آنقدر کم است که نیترات برای تنفس مواد آلی استفاده می شود. دانشمندان در تلاش برای پیش‌بینی مقیاس و مکان مناطق مرده آینده، برای سرنخ‌های تاریخی به گذشته نگاه کرده‌اند.
یک تیم بین المللی از دانشمندان در یک مطالعه جدید گزارش دادند که بزرگترین منطقه مرده اقیانوس باز امروزی 8 میلیون سال پیش به دلیل افزایش محتوای مواد مغذی اقیانوس پدیدار شد.
کالج بوستون زینگچن «تونی» وانگ، استادیار علوم زمین و محیط زیست، نویسنده اصلی این گزارش، گفت: در حالی که امروزه منابع غنی‌سازی مواد مغذی ممکن است متفاوت باشد، مکانیسم‌هایی که دانشمندان آنها را «مناطق کمبود اکسیژن» می‌نامند، یکسان است. درک بهتر مناطق مرده اقیانوس از گذشته ممکن است به تلاش‌های حفاظت از اقیانوس‌ها در آینده کمک کند.»
برای محافظت بهتر از اکوسیستم‌های دریایی و مدیریت ماهیگیری، پیش‌بینی چگونگی تکامل یک «منطقه مرده» اقیانوسی در آینده بسیار مهم است.
منطقه مرده اقیانوسی ساحلی عمدتاً به دلیل فراوانی بیش از حد مواد مغذی مورد استفاده مردم در خشکی، مانند کود، ایجاد می شود. هر سال، رودخانه می سی سی پیکودهای انسانی باعث ایجاد یک منطقه مرده به اندازه ایالت نیوجرسی در این منطقه می شود شمال خلیج مکزیک.
وانگ گفت این مناطق همچنین به طور طبیعی در اقیانوس های باز وجود دارند که بزرگترین آنها در شرق یافت می شود اقیانوس ساکن. هنوز مشخص نیست که چگونه این مناطق مرده با گرم شدن سیاره تغییر خواهند کرد. بنابراین، ما تاریخچه منطقه مرده شرق اقیانوس آرام را مطالعه کردیم تا رفتار آینده آن را بهتر پیش بینی کنیم.
دانشمندان، در این مطالعه، تعیین تکامل مناطق مرده اقیانوس های باز را قبل از شروع فعالیت های انسانی بر روی زمین تعیین کردند. اقیانوس. آنها همچنین تصمیم گرفتند ببینند که آیا این مناطق مرده همیشه وجود دارند یا خیر. اگر چنین است، چرا؟
برای انجام این کار، آنها ترکیب شیمیایی رسوبات اقیانوسی را در نزدیکی بزرگترین منطقه مرده اقیانوس امروزی بررسی کردند. آن ها نمونه های رسوبی به 12 میلیون سال قبل به دست آوردند و نیتروژن موجود در میکروفسیل های معروف به روزن داران را تجزیه و تحلیل کردند.
دانشمندان مناطق مرده را برای یافتن شواهدی از نیترات زدایی جستجو کردند، که می تواند زمانی رخ دهد که سطح اکسیژن آنقدر پایین است که میکروارگانیسم ها باید از نیترات به عنوان منبع اصلی انرژی خود استفاده کنند. میکروب ها ترجیح می دهند در طول نیتروژن زدایی ایزوتوپ سبکتر نیتروژن-14 را بخورند که دارای دو ایزوتوپ پایدار است: نیتروژن-14 و نیتروژن-15.
گسترش مناطق کمبود اکسیژن نیز منجر به گسترش مناطق نیترات زدایی می شود. بر اساس این گزارش، می تواند نسبت نیتروژن-15 به نیتروژن-14 نیترات باقی مانده را افزایش دهد، که سپس در موجودات اقیانوسی مانند روزن داران با چرخش نیتروژن در اکوسیستم های دریایی ثبت می شود.
وانگ گفت با تجزیه و تحلیل نسبت نیتروژن-15 به نیتروژن-14 روزن داران در رسوبات اقیانوسی، می توانیم تاریخچه وسعت مناطق کمبود اکسیژن را بازسازی کنیم.
دانشمندان همچنین محتوای فسفر و آهن همان رسوبات را تجزیه و تحلیل کردند. تجزیه و تحلیل آنها محتوای مواد مغذی باستانی را در اعماق اقیانوس آرام نشان داد.
وودوارد دبلیو فیشر، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد موسسه فناوری کالیفرنیا، گفت: بازسازی محتوای مواد مغذی در اعماق اقیانوس دشوار است و رکورد ما اولین مورد از نوع خود در 12 میلیون سال گذشته است. روندهای آن پیامدهای مهمی برای چرخه جهانی کربن و تغییر آب و هوا"
وانگ گفت "سوابق رسوبی به تیم نشان داد که بزرگترین مناطق مرده اقیانوس باز به تدریج در طول 8 میلیون سال گذشته گسترش یافته است."
علاوه بر این، گسترش این مناطق مرده عمدتاً ناشی از غنی‌سازی مواد مغذی بود. این مکانیسم شبیه به شکل گیری مناطق مرده در امروز است آب های ساحلیبا این تفاوت که انسان مسئول غنی سازی مواد مغذی فعلی است.
وانگ گفت این یافته‌ها ممکن است به پیش‌بینی بهتر رفتار آینده مناطق مرده اقیانوس باز کمک کند. به عنوان مثال، فعالیت های انسانی نیتروژن بیشتری به اقیانوس اضافه می کند. آنها می‌توانند از نیاز به بهبود مدل‌های آب و هوا و اقیانوس برای سنجش بهتر تأثیر نیتروژن انسانی بر فرآیندهای اکسیژن‌زدایی در اقیانوس‌های باز حمایت کنند.»
فیشر گفت، افزایش مواد مغذی از 8 میلیون سال پیش احتمالاً ناشی از افزایش هوازدگی و فرسایش در خشکی است که باعث افزایش انتقال فسفر به اقیانوس می شود.
وانگ گفت:, "علاوه بر این، اکوسیستم های زمینی بین 8 تا 6 میلیون سال پیش دستخوش یک گذار بزرگ شدند. بسیاری از جنگل ها با علفزارهای کم تراکم جایگزین شدند که به عنوان گسترش اکوسیستم های C4 شناخته می شود. با علفزار بیشتر، فرسایش خاک ممکن است در این دوره افزایش یافته باشد و باعث انتقال بیشتر مواد مغذی آلی به اقیانوس شود.
گام بعدی احتمالاً در این تحقیق تعیین این است که چگونه جریان نیتروژن به اقیانوس از فعالیت های انسانی می تواند بر چرخه مواد مغذی اقیانوس تأثیر بگذارد.
"سوالات کلیدی در مناطق ساحلی ما نهفته است، جایی که انسانی ترین نیتروژن وارد اقیانوس می شود. اگر بیشتر نیتروژن انسانی در مناطق ساحلی حذف شود - اساساً با نیتروژن زدایی که در رسوبات انجام می شود - آنگاه می تواند تأثیر آن را بر کل اقیانوس کاهش دهد. گروه تحقیقاتی ما در BC در حال حاضر مشغول انجام برخی کارها در خلیج شمالی مکزیک برای درک بهتر سرنوشت نیتروژن انسانی در اقیانوس است.
مرجع مجله:
- Xingchen Tony Wang، افزایش مواد مغذی اقیانوسی و آغاز اواخر میوسن مناطق کم اکسیژن اقیانوس آرام، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2022) DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
