Det moderna Stilla havet är värd för de största syrebristzonerna (ODZ), där syrekoncentrationerna är så låga att nitrat används för att andas in organiskt material. Forskare har tittat till det förflutna efter historiska ledtrådar när de försöker förutsäga omfattningen och platsen för framtida döda zoner.
Ett internationellt team av forskare rapporterade i en ny studie att dagens största döda zon i öppna hav uppstod för 8 miljoner år sedan på grund av ökat näringsinnehåll i havet.
Boston College Biträdande professor i jord- och miljövetenskap Xingchen "Tony" Wang, en huvudförfattare till rapporten, sa: "Medan källorna till näringsberikning idag kan vara olika, förblir mekaniken som skapade vad forskare kallar "syrebristzoner" densamma. En bättre förståelse för havets döda zoner från det förflutna kan hjälpa framtida havsbevarandeinsatser."
"För att bättre skydda marina ekosystem och hantera fiske är det avgörande att förutsäga hur en "död zon" i havet kommer att utvecklas i framtiden."
En dödzon vid kusten orsakas främst av överflöd av näringsämnen som människor använder på land, såsom gödningsmedel. Varje år, den Mississippi floden's mänskliga gödselmedel orsakar en död zon storleken på delstaten New Jersey i norra Mexikanska golfen.
Wang sa, "Dessa zoner förekommer också naturligt i det öppna havet, med de största som finns i den östra delen STILLA HAVET. Det är fortfarande oklart hur dessa döda zoner kommer att förändras när planeten värms upp. Så vi studerade historien om den döda zonen i östra Stilla havet för att förutsäga dess framtida beteende bättre."
Forskare, i den här studien, bestämde sig för att fastställa utvecklingen av döda zoner i öppna hav innan mänsklig aktivitet började påverka hav. De bestämde sig också för att se om dessa döda zoner alltid finns. Om så är fallet, varför?
För att göra det undersökte de den kemiska sammansättningen av havssediment nära dagens största havsdöda zon. De tog sedimentprover som sträckte sig 12 miljoner år tillbaka och analyserade kväve i mikrofossiler som kallas foraminifer.
Forskarna sökte igenom de döda zonerna efter bevis på denitrifikation, som kan uppstå när syrenivåerna är så låga att mikroorganismer måste använda nitrat som sin primära energikälla. Mikrober föredrar att äta den lättare kväve-14-isotopen under denitrifikation, som har två stabila isotoper: kväve-14 och kväve-15.
Utvidgade syrebristzoner leder också till expansion av denitrifikationszoner. Enligt rapporten kan det höja förhållandet kväve-15 till kväve-14 för det kvarvarande nitratet, vilket sedan registreras i havsorganismer som foraminifer genom att cirkulera kväve i marina ekosystem.
Wang sa, "Genom att analysera förhållandet kväve-15 till kväve-14 för foraminifer i havssediment kan vi rekonstruera historien om omfattningen av syrebristzoner."
Forskare analyserade också fosfor- och järnhalten i samma sediment. Deras analys avslöjade det gamla näringsinnehållet i det djupa Stilla havet.
Woodward W. Fischer, medförfattare till studien och professor vid California Institute of Technology, sa: "Näringsinnehållet i djuphavet är svårt att rekonstruera, och vårt rekord är det första i sitt slag under de senaste 12 miljoner åren; dess trender har viktiga konsekvenser för global koldioxidcykel och klimatförändringar. "
Wang sa, "De sedimentära uppgifterna visade teamet att de största döda zonerna i öppna havet gradvis expanderat under de senaste 8 miljoner åren."
"Dessutom orsakades expansionen av dessa döda zoner främst av näringsberikning. Denna mekanism liknar bildandet av döda zoner i dagens kustvatten, förutom att människor är ansvariga för den nuvarande näringsberikningen."
Wang sa, "Dessa fynd kan hjälpa till att bättre förutsäga det framtida beteendet för döda zoner i öppna hav. Till exempel har mänskliga aktiviteter tillfört mer och mer kväve till havet. De kan stödja behovet av att förbättra klimat- och havsmodeller för att bättre mäta inverkan av antropogent kväve på deoxygeneringsprocesserna i det öppna havet."
Fischer sa, "Näringsökningen sedan 8 miljoner år sedan orsakades sannolikt av ökad vittring och erosion på land, vilket skulle öka leveransen av fosfor till havet."
Wang sade, ”Dessutom genomgick terrestra ekosystem en stor övergång för mellan 8 och 6 miljoner år sedan. Många skogar ersattes av mindre tät gräsmark, känd som expansionen av C4-ekosystem. Med mer gräsmark, jord erosion kan ha ökat under denna period, och det skulle ha utlöst en större överföring av organiska näringsämnen till havet."
"Ett troligt nästa steg i den här forskningen skulle vara att fastställa hur flödet av kväve till havet från mänsklig aktivitet kan påverka havets näringscykel."
”Nyckelfrågorna ligger i våra kustzoner, där det mest antropogena kvävet kommer in i havet. Om det mesta av antropogent kväve avlägsnas i kustområden - huvudsakligen genom denitrifikation som sker i sedimenten - kan det minska påverkan på hela havet. Vår forskargrupp vid BC arbetar för närvarande i norra Mexikanska golfen för att bättre förstå ödet för antropogent kväve i havet.”
Tidskriftsreferens:
- Xingchen Tony Wang, Oceanisk näringstillväxt och den sena miocenstarten av Stillahavszoner med syrebrist, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
