האוקיינוס השקט המודרני מארח את אזורי המחסור בחמצן הגדולים ביותר (ODZs), שבהם ריכוזי החמצן נמוכים כל כך עד שמשתמשים בחנקה להנשמה של חומרים אורגניים. מדענים הסתכלו אל העבר אחר רמזים היסטוריים בניסיון לחזות את היקף ומיקומם של אזורים מתים עתידיים.
צוות בינלאומי של מדענים דיווח במחקר חדש כי אזור המתים הגדול ביותר של האוקיינוס הפתוח של ימינו הופיע לפני 8 מיליון שנים עקב תכולת חומרי הזנה מוגברת באוקיינוס.
מכללת בוסטון עוזר פרופסור למדעי כדור הארץ והסביבה שינגצ'ן "טוני" וואנג, המחבר הראשי של הדו"ח, אמר: "בעוד שמקורות העשרת החומרים התזונתיים כיום עשויים להיות שונים, המכניקה שיצרה את מה שמדענים מכנים "אזורים חסרי חמצן" נותרה זהה. הבנה טובה יותר של אזורים מתים באוקיינוס מהעבר עשויה לסייע למאמצי שימור האוקיינוסים בעתיד".
"כדי להגן טוב יותר על מערכות אקולוגיות ימיות ולנהל דיג, חיוני לחזות כיצד יתפתח 'אזור מת' באוקיינוס בעתיד."
אזור מת באוקיינוס החוף נובע בעיקר משפע היתר של חומרים מזינים שאנשים משתמשים ביבשה, כגון דשן. מדי שנה, ה נהר מיסיסיפיהדשנים האנושיים של גורמים לאזור מת בגודל של מדינת ניו ג'רזי ב- צפון מפרץ מקסיקו.
וואנג אמר, "האזורים הללו מתרחשים באופן טבעי גם באוקיינוס הפתוח, כשהאזורים הגדולים ביותר נמצאים במזרח אוקינוס השקט. עדיין לא ברור כיצד האזורים המתים הללו ישתנו כאשר כדור הארץ יתחמם. אז, למדנו את ההיסטוריה של אזור המתים במזרח האוקיינוס השקט כדי לחזות טוב יותר את התנהגותו העתידית".
מדענים, במחקר זה, יצאו לקבוע את האבולוציה של אזורים מתים באוקיינוס פתוח לפני שפעילות אנושית החלה להשפיע על ים. הם גם החליטו לראות אם האזורים המתים האלה תמיד קיימים. אם כן, מדוע?
כדי לעשות זאת, הם בחנו את ההרכב הכימי של משקעי אוקיינוסים ליד אזור המתים הגדול ביותר של האוקיינוסים כיום. הם השיגו דגימות משקעים שחזרו 12 מיליון שנה אחורה וניתחו חנקן הכלול במיקרו מאובנים הידועים כפורמיניפרה.
המדענים חיפשו באזורים המתים אחר עדויות לדניטריפיקציה, שיכולה להתרחש כאשר רמות החמצן נמוכות כל כך עד שמיקרואורגניזמים חייבים להשתמש בחנקה כמקור האנרגיה העיקרי שלהם. חיידקים מעדיפים לאכול את האיזוטופ החנקן-14 הקל יותר במהלך הדניטריפיקציה, שיש לו שני איזוטופים יציבים: חנקן-14 וחנקן-15.
אזורים מורחבים חסרי חמצן מובילים גם להרחבת אזורי דניטריפיקציה. על פי הדו"ח, זה יכול להעלות את יחס החנקן-15 לחנקן-14 של החנקה שנותרה, שנרשם לאחר מכן באורגניזמים באוקיינוסים כמו פורמיניפרה על ידי מחזור חנקן במערכות אקולוגיות ימיות.
וואנג אמר, "על ידי ניתוח היחס בין חנקן-15 לחנקן-14 של פורמיניפרה במשקעי אוקיינוס, נוכל לשחזר את ההיסטוריה של היקף אזורי מחסור בחמצן."
מדענים ניתחו גם את תכולת הזרחן והברזל באותם משקעים. הניתוח שלהם חשף את תכולת החומרים המזינים הקדומים באוקיינוס השקט העמוק.
וודוורד וו. פישר, מחבר שותף למחקר ופרופסור במכון הטכנולוגי של קליפורניה, אמר: "קשה לשחזר את תכולת החומרים התזונתיים באוקיינוס העמוק, והרשומה שלנו היא הראשונה מסוגה ב-12 מיליון השנים האחרונות; למגמות שלה יש השלכות חשובות על מחזור פחמן עולמי ו שינוי האקלים".
וואנג אמר, "תיעוד המשקעים הראו לצוות שהאזורים המתים הגדולים ביותר באוקיינוס הפתוחים התרחבו בהדרגה במהלך 8 מיליון השנים האחרונות."
"יתר על כן, ההתרחבות של אזורים מתים אלה נגרמה בעיקר מהעשרת חומרים מזינים. מנגנון זה דומה להיווצרות של אזורים מתים בימינו מי החוף, אלא שבני אדם אחראים להעשרת החומרים התזונתיים הנוכחיים."
וואנג אמר, "ממצאים אלה עשויים לעזור לחזות טוב יותר את ההתנהגות העתידית של אזורים מתים באוקיינוס פתוח. לדוגמה, פעילויות אנושיות הוסיפו עוד ועוד חנקן לים. הם יכולים לתמוך בצורך לשפר מודלים של אקלים ואוקיינוס כדי לאמוד טוב יותר את ההשפעה של חנקן אנתרופוגני על תהליכי דה-חמצן באוקיינוס הפתוח".
פישר אמר, "עליית החומרים התזונתיים מאז לפני 8 מיליון שנה נגרמה ככל הנראה על ידי בליה מוגברת וסחף ביבשה, מה שיגדיל את אספקת הזרחן לאוקיינוס."
וואנג אמר, "בנוסף, מערכות אקולוגיות יבשתיות עברו מעבר גדול בין 8 ל-6 מיליון שנים. יערות רבים הוחלפו בשטחי דשא פחות צפופים, הידועים כהרחבת מערכות אקולוגיות C4. עם יותר שטחי דשא, סחף קרקע אולי היה גדל במהלך תקופה זו, וזה היה גורם למעבר גדול יותר של חומרים מזינים אורגניים לאוקיינוס."
"השלב הבא הסביר במחקר זה יהיה לקבוע כיצד זרימת החנקן לאוקיינוס מפעילות אנושית יכולה להשפיע על מחזור החומרים התזונתיים של האוקיינוס."
"שאלות המפתח נמצאות באזורי החוף שלנו, שם החנקן האנתרופוגני ביותר חודר לים. אם רוב החנקן האנתרופוגני יוסר באזורי החוף - בעיקרו על ידי דניטריפיקציה המתרחשת במשקעים - אז זה יכול להפחית את ההשפעה על האוקיינוס כולו. קבוצת המחקר שלנו ב-BC עושה כעת עבודה במפרץ הצפוני של מקסיקו כדי להבין טוב יותר את גורלו של חנקן אנתרופוגני באוקיינוס."
עיון ביומן:
- שינגצ'ן טוני וואנג, עליית חומרי הזנה באוקיינוסים ותחילת המיוקן המאוחר של אזורים חסרי חמצן באוקיינוס השקט, PNAS של האקדמיה הלאומית למדעים (2022). DOI: X
