มหาสมุทรแปซิฟิกสมัยใหม่เป็นที่ตั้งของโซนขาดออกซิเจน (ODZ) ที่ใหญ่ที่สุด ซึ่งความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำมากจนไนเตรตถูกใช้เพื่อหายใจสารอินทรีย์ นักวิทยาศาสตร์ได้มองย้อนกลับไปในอดีตเพื่อหาเบาะแสทางประวัติศาสตร์ในการพยายามทำนายขนาดและตำแหน่งของเขตอันตรายในอนาคต
ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติรายงานในการศึกษาใหม่ว่าพื้นที่มรณะในมหาสมุทรเปิดที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันเกิดขึ้นเมื่อ 8 ล้านปีก่อนเนื่องจากมีปริมาณสารอาหารในมหาสมุทรเพิ่มขึ้น
วิทยาลัยบอสตัน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านโลกและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม Xingchen “Tony” Wang ผู้เขียนรายงานฉบับนี้กล่าวว่า “แม้ว่าแหล่งที่มาของการเสริมสารอาหารในปัจจุบันอาจแตกต่างกัน แต่กลไกที่สร้างสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า “โซนขาดออกซิเจน” ยังคงเหมือนเดิม ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเขตมรณะของมหาสมุทรในอดีตอาจช่วยอนุรักษ์มหาสมุทรในอนาคตได้”
“เพื่อปกป้องระบบนิเวศทางทะเลและจัดการประมงได้ดีขึ้น การคาดการณ์ว่า 'เขตมรณะ' ของมหาสมุทรจะพัฒนาไปอย่างไรในอนาคตจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง”
พื้นที่มรณะในมหาสมุทรชายฝั่งมีสาเหตุหลักมาจากการมีสารอาหารมากเกินไปที่ผู้คนใช้บนบก เช่น ปุ๋ย ทุกปี แม่น้ำมิสซิสซิปปีปุ๋ยของมนุษย์ทำให้เกิดเขตมรณะขนาดเท่ากับรัฐนิวเจอร์ซีย์ใน ทางตอนเหนือของอ่าวเม็กซิโก.
วังกล่าวว่า “โซนเหล่านี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในมหาสมุทรเปิด โดยใหญ่ที่สุดพบในภาคตะวันออก แปซิฟิก. ยังไม่ชัดเจนว่าเขตมรณะเหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อดาวเคราะห์อุ่นขึ้น ดังนั้นเราจึงศึกษาประวัติศาสตร์ของเขตมรณะแปซิฟิกตะวันออกเพื่อทำนายพฤติกรรมในอนาคตได้ดีขึ้น”
ในการศึกษาครั้งนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดเป้าหมายวิวัฒนาการของเขตมรณะในมหาสมุทรเปิด ก่อนที่กิจกรรมของมนุษย์จะเริ่มส่งผลกระทบต่อมหาสมุทร มหาสมุทร. พวกเขายังตัดสินใจดูว่ามีจุดตายเหล่านี้อยู่เสมอหรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้นทำไม?
เพื่อทำเช่นนั้น พวกเขาได้ตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมีของตะกอนในมหาสมุทรใกล้กับเขตมรณะที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน พวกเขาเก็บตัวอย่างตะกอนย้อนกลับไป 12 ล้านปี และวิเคราะห์ไนโตรเจนที่มีอยู่ในไมโครฟอสซิลที่เรียกว่า foraminifera
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาบริเวณที่ตายแล้วเพื่อหาหลักฐานของการดีไนตริฟิเคชัน ซึ่งอาจเกิดขึ้นเมื่อระดับออกซิเจนต่ำมากจนจุลินทรีย์ต้องใช้ไนเตรตเป็นแหล่งพลังงานหลัก จุลินทรีย์ชอบกินไอโซโทปไนโตรเจน-14 ที่เบากว่าในระหว่างการดีไนตริฟิเคชัน ซึ่งมีไอโซโทปเสถียรสองชนิด: ไนโตรเจน-14 และไนโตรเจน-15
การขยายโซนที่ขาดออกซิเจนยังนำไปสู่การขยายตัวของโซนดีไนตริฟิเคชั่นอีกด้วย ตามรายงาน สามารถเพิ่มอัตราส่วนไนโตรเจน-15 ต่อไนโตรเจน-14 ของไนเตรตที่เหลือ ซึ่งจากนั้นจะถูกบันทึกไว้ในสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร เช่น foraminifera โดยการหมุนเวียนไนโตรเจนในระบบนิเวศทางทะเล
วังกล่าวว่า "โดยการวิเคราะห์อัตราส่วนไนโตรเจน-15 ต่อไนโตรเจน-14 ของ foraminifera ในตะกอนมหาสมุทร เราสามารถสร้างประวัติศาสตร์ของขอบเขตของเขตขาดออกซิเจนได้"
นักวิทยาศาสตร์ยังวิเคราะห์ปริมาณฟอสฟอรัสและเหล็กของตะกอนเดียวกัน การวิเคราะห์ของพวกเขาเผยให้เห็นปริมาณสารอาหารโบราณในมหาสมุทรแปซิฟิกลึก
Woodward W. Fischer ผู้ร่วมเขียนการศึกษาและศาสตราจารย์ของสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียกล่าวว่า “ปริมาณสารอาหารจากมหาสมุทรลึกเป็นเรื่องยากที่จะสร้างขึ้นใหม่ และบันทึกของเราถือเป็นครั้งแรกในรอบ 12 ล้านปีที่ผ่านมา แนวโน้มของมันมีผลกระทบที่สำคัญสำหรับ วัฏจักรคาร์บอนทั่วโลก และ อากาศเปลี่ยนแปลง".
วังกล่าวว่า “บันทึกตะกอนแสดงให้ทีมงานเห็นว่าเขตมรณะที่ใหญ่ที่สุดในมหาสมุทรเปิดค่อยๆ ขยายตัวในช่วง 8 ล้านปีที่ผ่านมา”
“นอกจากนี้ การขยายตัวของเขตมรณะเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดจากการเสริมสารอาหาร กลไกนี้คล้ายคลึงกับการก่อตัวของเขตมรณะในปัจจุบัน น่านน้ำชายฝั่งยกเว้นว่ามนุษย์ต้องรับผิดชอบต่อการเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการในปัจจุบัน”
วังกล่าวว่า “การค้นพบนี้อาจช่วยทำนายพฤติกรรมในอนาคตของเขตมรณะในมหาสมุทรเปิดได้ดีขึ้น ตัวอย่างเช่น กิจกรรมของมนุษย์ได้เพิ่มไนโตรเจนให้กับมหาสมุทรมากขึ้นเรื่อยๆ พวกเขาสามารถรองรับความจำเป็นในการปรับปรุงแบบจำลองสภาพภูมิอากาศและมหาสมุทรเพื่อวัดผลกระทบของไนโตรเจนที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์ต่อกระบวนการกำจัดออกซิเจนในมหาสมุทรเปิดได้ดีขึ้น”
ฟิสเชอร์กล่าวว่า “สารอาหารที่เพิ่มขึ้นตั้งแต่ 8 ล้านปีก่อนน่าจะเกิดจากการผุกร่อนและการกัดเซาะบนพื้นดินที่เพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้การส่งฟอสฟอรัสออกสู่มหาสมุทรเพิ่มมากขึ้น”
วัง กล่าวว่า, “นอกจากนี้ ระบบนิเวศบนบกยังผ่านการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เมื่อ 8 ถึง 6 ล้านปีก่อน ป่าหลายแห่งถูกแทนที่ด้วยทุ่งหญ้าที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า หรือที่เรียกว่าการขยายตัวของระบบนิเวศ C4 มีทุ่งหญ้ามากขึ้น พังทลายของดิน อาจเพิ่มขึ้นในช่วงเวลานี้ และมันจะกระตุ้นให้มีการถ่ายโอนสารอาหารอินทรีย์ลงสู่มหาสมุทรมากขึ้น”
“ขั้นตอนถัดไปที่เป็นไปได้ในการวิจัยนี้คือการกำหนดว่าการไหลของไนโตรเจนลงสู่มหาสมุทรจากกิจกรรมของมนุษย์สามารถส่งผลกระทบต่อวงจรสารอาหารในมหาสมุทรได้อย่างไร”
“คำถามสำคัญอยู่ที่เขตชายฝั่งของเรา ซึ่งเป็นที่ที่ไนโตรเจนที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์มากที่สุดเข้าสู่มหาสมุทร หากไนโตรเจนจากการกระทำของมนุษย์ส่วนใหญ่ถูกกำจัดออกไปในบริเวณชายฝั่งทะเล โดยหลักๆ แล้วโดยกระบวนการดีไนตริฟิเคชันที่เกิดขึ้นในตะกอน นั่นอาจช่วยลดผลกระทบต่อมหาสมุทรทั้งหมดได้ ขณะนี้กลุ่มวิจัยของเราที่ BC กำลังทำงานบางอย่างในอ่าวเม็กซิโกทางตอนเหนือเพื่อทำความเข้าใจชะตากรรมของไนโตรเจนที่เกิดจากมนุษย์ในมหาสมุทรให้ดียิ่งขึ้น”
การอ้างอิงวารสาร:
- ซิงเฉิน โทนี่ หวาง การเพิ่มขึ้นของสารอาหารในมหาสมุทร และการเริ่มต้นยุคไมโอซีนของโซนขาดออกซิเจนในมหาสมุทรแปซิฟิก กิจการของ National Academy of Sciences (2022). ดอย: 10.1073 / pnas.2204986119
