Na współczesnym Pacyfiku znajdują się największe strefy niedoboru tlenu (ODZ), w których stężenie tlenu jest tak niskie, że do oddychania materii organicznej wykorzystuje się azotany. Próbując przewidzieć skalę i lokalizację przyszłych martwych stref, naukowcy szukali w przeszłości wskazówek historycznych.
W nowym badaniu międzynarodowy zespół naukowców poinformował, że największa obecnie martwa strefa otwartego oceanu pojawiła się 8 milionów lat temu w wyniku rosnącej zawartości składników odżywczych w oceanie.
Boston College Adiunkt nauk o Ziemi i Środowisku Xingchen „Tony” Wang, główny autor raportu, powiedział: „Chociaż dzisiejsze źródła wzbogacania składników odżywczych mogą być inne, mechanizm, który stworzył to, co naukowcy nazywają „strefami niedoboru tlenu”, pozostaje taki sam. Lepsze zrozumienie martwych stref oceanów z przeszłości może pomóc w przyszłych wysiłkach na rzecz ochrony oceanów”.
„Aby lepiej chronić ekosystemy morskie i zarządzać rybołówstwem, niezwykle istotne jest przewidywanie ewolucji „martwej strefy” oceanu w przyszłości”.
Martwa strefa oceanu przybrzeżnego wynika przede wszystkim z nadmiaru składników odżywczych, których ludzie używają na lądzie, takich jak nawozy. Co roku, rzeka Mississippinawozy ludzkie tworzą martwą strefę wielkości stanu New Jersey w USA północna Zatoka Meksykańska.
Wang powiedział: „Strefy te występują również naturalnie na otwartym oceanie, a największe znajdują się na wschodzie Ocean Spokojny. Nie jest jasne, jak zmienią się te martwe strefy w miarę ocieplania się planety. Dlatego zbadaliśmy historię martwej strefy wschodniego Pacyfiku, aby lepiej przewidzieć jej przyszłe zachowanie”.
W ramach tego badania naukowcy postanowili określić ewolucję martwych stref otwartych oceanów, zanim działalność człowieka zaczęła wpływać na środowisko ocean. Postanowili także sprawdzić, czy te martwe strefy zawsze istnieją. Jeśli tak, dlaczego?
W tym celu zbadali skład chemiczny osadów oceanicznych w pobliżu największej obecnie martwej strefy oceanu. Uzyskali próbki osadów sprzed 12 milionów lat i przeanalizowali azot zawarty w mikroskamieniałościach zwanych otwornicami.
Naukowcy przeszukali martwe strefy w poszukiwaniu dowodów denitryfikacji, która może mieć miejsce, gdy poziom tlenu jest tak niski, że mikroorganizmy muszą wykorzystywać azotany jako główne źródło energii. Podczas denitryfikacji drobnoustroje wolą jeść lżejszy izotop azotu-14, który ma dwa stabilne izotopy: azot-14 i azot-15.
Rozszerzone strefy niedoboru tlenu prowadzą również do ekspansji stref denitryfikacji. Według raportu mogłoby to podnieść stosunek azotu-15 do azotu-14 w pozostałym azotanie, co jest następnie rejestrowane w organizmach oceanicznych, takich jak otwornice, poprzez obieg azotu w ekosystemach morskich.
Wang powiedział: „Analizując stosunek azotu-15 do azotu-14 w otwornicach w osadach oceanicznych, możemy zrekonstruować historię zasięgu stref niedoboru tlenu”.
Naukowcy przeanalizowali także zawartość fosforu i żelaza w tych samych osadach. Ich analiza ujawniła starożytną zawartość składników odżywczych w głębinach Oceanu Spokojnego.
Woodward W. Fischer, współautor badania i profesor w California Institute of Technology, powiedział: „Zawartość składników odżywczych w głębinach oceanu jest trudna do zrekonstruowania, a nasze dane są pierwszymi tego rodzaju w ciągu ostatnich 12 milionów lat; jego tendencje mają istotne implikacje dla globalny obieg węgla i zmiany klimatyczne".
Wang powiedział: „Zapisy osadowe wykazały zespołowi, że największe martwe strefy otwartego oceanu stopniowo rozszerzały się w ciągu ostatnich 8 milionów lat”.
„Co więcej, ekspansja tych martwych stref była spowodowana głównie wzbogaceniem w składniki odżywcze. Mechanizm ten jest podobny do tworzenia martwych stref we współczesnych czasach wody przybrzeżne, z tą różnicą, że za obecne wzbogacanie w składniki odżywcze odpowiada człowiek.
Wang powiedział: „Te odkrycia mogą pomóc lepiej przewidzieć przyszłe zachowanie martwych stref w otwartym oceanie. Na przykład działalność człowieka powoduje dostarczanie do oceanu coraz większej ilości azotu. Mogą wspierać potrzebę ulepszenia modeli klimatycznych i oceanicznych, aby lepiej ocenić wpływ antropogenicznego azotu na procesy odtleniania w otwartym oceanie”.
Fischer powiedział, „Przyrost składników odżywczych od 8 milionów lat temu był prawdopodobnie spowodowany wzmożonym wietrzeniem i erozją na lądzie, co zwiększyłoby dostarczanie fosforu do oceanu”.
Wang powiedziany, „Ponadto ekosystemy lądowe przeszły poważną przemianę między 8 a 6 milionami lat temu. Wiele lasów zostało zastąpionych mniej gęstymi użytkami zielonymi, co jest znane jako ekspansja ekosystemów C4. Z większą ilością użytków zielonych, erozja gleby mogła wzrosnąć w tym okresie, co spowodowałoby większy transfer organicznych składników odżywczych do oceanu”.
„Prawdopodobnie kolejnym krokiem w tych badaniach byłoby określenie, w jaki sposób napływ azotu do oceanu w wyniku działalności człowieka może wpłynąć na cykl składników odżywczych w oceanie”.
„Kluczowe pytania dotyczą naszych stref przybrzeżnych, gdzie najbardziej antropogeniczna ilość azotu przedostaje się do oceanu. Jeśli większość antropogenicznego azotu zostanie usunięta w regionach przybrzeżnych – głównie w drodze denitryfikacji zachodzącej w osadach – mogłoby to zmniejszyć wpływ na cały ocean. Nasza grupa badawcza w BC prowadzi obecnie prace w północnej części Zatoki Meksykańskiej, aby lepiej zrozumieć los antropogenicznego azotu w oceanie”.
Referencje czasopisma:
- Xingchen Tony Wang, Oceaniczny wzrost składników odżywczych i późne powstanie miocenu stref niedoboru tlenu na Pacyfiku, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
