De moderne Stille Oceaan herbergt de grootste zuurstofdeficiënte zones (ODZ's), waar de zuurstofconcentraties zo laag zijn dat nitraat wordt gebruikt om organisch materiaal in te ademen. Wetenschappers hebben naar het verleden gekeken naar historische aanwijzingen bij het voorspellen van de omvang en locatie van toekomstige dode zones.
Een internationaal team van wetenschappers rapporteerde in een nieuw onderzoek dat de grootste dode zone in de open oceaan van vandaag 8 miljoen jaar geleden ontstond als gevolg van het toenemende gehalte aan voedingsstoffen in de oceaan.
Boston College Universitair docent aard- en milieuwetenschappen Xingchen “Tony” Wang, hoofdauteur van het rapport, zei: “Hoewel de bronnen van nutriëntenverrijking vandaag de dag misschien anders zijn, blijven de mechanismen die creëerden wat wetenschappers ‘zuurstofarme zones’ noemen hetzelfde. Een beter begrip van de dode zones in de oceaan uit het verleden kan toekomstige inspanningen voor het behoud van de oceaan helpen.”
“Om mariene ecosystemen beter te beschermen en de visserij beter te beheren, is het van cruciaal belang om te voorspellen hoe een ‘dode zone’ van de oceaan in de toekomst zal evolueren.”
Een dode zone aan de kust van de oceaan wordt voornamelijk veroorzaakt door de overvloed aan voedingsstoffen die mensen op het land gebruiken, zoals kunstmest. Ieder jaar wordt de Mississippi rivier‘De menselijke meststoffen veroorzaken een dode zone ter grootte van de staat New Jersey in de noordelijke Golf van Mexico.
Wang zei, “Deze zones komen van nature ook voor in de open oceaan, waarbij de grootste zich in het oosten bevinden Stille Oceaan. Het blijft onduidelijk hoe deze dode zones zullen veranderen naarmate de planeet warmer wordt. Daarom hebben we de geschiedenis van de dode zone in het oostelijke deel van de Stille Oceaan bestudeerd om het toekomstige gedrag ervan beter te kunnen voorspellen.”
Wetenschappers probeerden in deze studie de evolutie van dode zones in de open oceaan te bepalen voordat menselijke activiteit de oceaan begon te beïnvloeden oceaan. Ze besloten ook om te kijken of deze dode zones altijd bestaan. Zo ja, waarom?
Om dit te doen, onderzochten ze de chemische samenstelling van oceaansedimenten nabij de grootste dode zone van de huidige oceaan. Ze verzamelden sedimentmonsters die 12 miljoen jaar teruggaan en analyseerden stikstof in microfossielen die bekend staan als foraminiferen.
De wetenschappers doorzochten de dode zones op tekenen van denitrificatie, die kan plaatsvinden wanneer het zuurstofniveau zo laag is dat micro-organismen nitraat als hun primaire energiebron moeten gebruiken. Microben eten tijdens denitrificatie het liefst de lichtere stikstof-14-isotoop, die twee stabiele isotopen heeft: stikstof-14 en stikstof-15.
Uitgebreide zuurstofarme zones leiden ook tot de uitbreiding van denitrificatiezones. Volgens het rapport zou dit de verhouding stikstof-15 tot stikstof-14 van het resterende nitraat kunnen verhogen, wat vervolgens wordt geregistreerd in oceaanorganismen zoals foraminiferen door stikstof in mariene ecosystemen te laten circuleren.
Wang zei, “Door de verhouding stikstof-15 tot stikstof-14 van foraminiferen in oceaansedimenten te analyseren, kunnen we de geschiedenis van de omvang van zuurstofarme zones reconstrueren.”
Wetenschappers analyseerden ook het fosfor- en ijzergehalte van dezelfde sedimenten. Hun analyse onthulde het eeuwenoude gehalte aan voedingsstoffen in de diepe Stille Oceaan.
Woodward W. Fischer, co-auteur van de studie en professor aan het California Institute of Technology, zei: “Het gehalte aan voedingsstoffen in de diepzee is moeilijk te reconstrueren, en ons record is het eerste in zijn soort in de afgelopen 12 miljoen jaar; de trends ervan hebben belangrijke implicaties voor de wereldwijde koolstofcyclus en klimaatverandering. '
Wang zei, “De sedimentaire gegevens lieten het team zien dat de grootste dode zones in de open oceaan zich de afgelopen acht miljoen jaar geleidelijk hebben uitgebreid.”
“Verder werd de uitbreiding van deze dode zones voornamelijk veroorzaakt door verrijking met voedingsstoffen. Dit mechanisme is vergelijkbaar met de vorming van dode zones in de huidige tijd kustwateren, behalve dat de mens verantwoordelijk is voor de huidige verrijking met voedingsstoffen.”
Wang zei, “Deze bevindingen kunnen helpen het toekomstige gedrag van dode zones in de open oceaan beter te voorspellen. Door menselijke activiteiten wordt bijvoorbeeld steeds meer stikstof aan de oceaan toegevoegd. Ze kunnen de noodzaak ondersteunen om klimaat- en oceaanmodellen te verbeteren om de impact van antropogene stikstof op de deoxygenatieprocessen in de open oceaan beter te kunnen meten.”
Visser zei: “De toename van nutriënten sinds 8 miljoen jaar geleden werd waarschijnlijk veroorzaakt door toegenomen verwering en erosie op het land, waardoor de aanvoer van fosfor naar de oceaan zou toenemen.”
Wang zei, “Bovendien ondergingen terrestrische ecosystemen tussen 8 en 6 miljoen jaar geleden een grote transitie. Veel bossen werden vervangen door minder dicht grasland, bekend als de uitbreiding van C4-ecosystemen. Met meer grasland bodem erosie zou tijdens deze periode kunnen zijn toegenomen, en het zou een grotere overdracht van organische voedingsstoffen naar de oceaan hebben veroorzaakt.”
“Een waarschijnlijke volgende stap in dit onderzoek zou zijn om te bepalen hoe de stikstofstroom die door menselijke activiteiten in de oceaan terechtkomt, de nutriëntencyclus van de oceaan kan beïnvloeden.”
“De belangrijkste vragen liggen in onze kustgebieden, waar de meeste antropogene stikstof de oceaan binnendringt. Als de meeste antropogene stikstof in kustgebieden wordt verwijderd – voornamelijk door denitrificatie in de sedimenten – dan zou dat de impact op de hele oceaan kunnen verminderen. Onze onderzoeksgroep in BC doet momenteel wat werk in de noordelijke Golf van Mexico om het lot van antropogene stikstof in de oceaan beter te begrijpen.’
Journal Reference:
- Xingchen Tony Wang, Opkomst van voedingsstoffen in de oceaan en het late Mioceen begin van zuurstofarme zones in de Stille Oceaan, Proceedings van de National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
