Thái Bình Dương hiện đại là nơi có các khu vực thiếu oxy (ODZ) lớn nhất, nơi nồng độ oxy thấp đến mức nitrat được sử dụng để hô hấp chất hữu cơ. Các nhà khoa học đã nhìn về quá khứ để tìm manh mối lịch sử nhằm cố gắng dự đoán quy mô và vị trí của các vùng chết trong tương lai.
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã báo cáo trong một nghiên cứu mới rằng vùng chết đại dương mở lớn nhất hiện nay đã xuất hiện cách đây 8 triệu năm do hàm lượng dinh dưỡng trong đại dương ngày càng tăng.
Boston College Trợ lý Giáo sư Khoa học Trái đất và Môi trường Xingchen “Tony” Wang, tác giả chính của báo cáo, cho biết: “Mặc dù các nguồn làm giàu chất dinh dưỡng ngày nay có thể khác nhau nhưng cơ chế tạo ra cái mà các nhà khoa học gọi là “vùng thiếu oxy” vẫn giữ nguyên. Hiểu rõ hơn về các vùng chết của đại dương trong quá khứ có thể giúp ích cho những nỗ lực bảo tồn đại dương trong tương lai”.
“Để bảo vệ hệ sinh thái biển và quản lý nghề cá tốt hơn, điều quan trọng là phải dự đoán ‘vùng chết’ đại dương sẽ phát triển như thế nào trong tương lai.”
Vùng chết ven biển đại dương chủ yếu được tạo ra do dư thừa chất dinh dưỡng mà con người sử dụng trên đất liền, chẳng hạn như phân bón. Hàng năm, các sông Mississippiphân bón của con người gây ra một vùng chết có diện tích bằng bang New Jersey ở phía bắc vịnh Mexico.
Wang nói, “Những vùng này cũng xuất hiện tự nhiên ở vùng biển khơi, với vùng lớn nhất được tìm thấy ở phía đông Thái Bình Dương. Hiện vẫn chưa rõ những vùng chết này sẽ thay đổi như thế nào khi hành tinh ấm lên. Vì vậy, chúng tôi đã nghiên cứu lịch sử của vùng chết phía đông Thái Bình Dương để dự đoán hành vi trong tương lai của nó tốt hơn.”
Các nhà khoa học, trong nghiên cứu này, đã đặt ra mục tiêu xác định sự tiến hóa của các vùng chết ở đại dương trước khi hoạt động của con người bắt đầu tác động đến đại dương. đại dương. Họ cũng quyết định xem liệu những vùng chết này có luôn tồn tại hay không. Nếu vậy thì tại sao?
Để làm như vậy, họ đã kiểm tra thành phần hóa học của trầm tích đại dương gần vùng chết đại dương lớn nhất hiện nay. Họ đã thu được các mẫu trầm tích cách đây 12 triệu năm và phân tích nitơ có trong các vi hóa thạch được gọi là foraminifera.
Các nhà khoa học đã tìm kiếm các vùng chết để tìm bằng chứng về quá trình khử nitrat, có thể xảy ra khi nồng độ oxy thấp đến mức vi sinh vật phải sử dụng nitrat làm nguồn năng lượng chính. Vi khuẩn thích ăn đồng vị nitơ-14 nhẹ hơn trong quá trình khử nitrat, đồng vị này có hai đồng vị ổn định: nitơ-14 và nitơ-15.
Các vùng thiếu oxy mở rộng cũng dẫn đến việc mở rộng các vùng khử nitrat. Theo báo cáo, nó có thể nâng tỷ lệ nitơ-15 lên nitơ-14 của lượng nitrat còn lại, sau đó được ghi nhận trong các sinh vật đại dương như foraminifera bằng cách luân chuyển nitơ trong hệ sinh thái biển.
Wang nói, “Bằng cách phân tích tỷ lệ nitơ-15 và nitơ-14 của foraminifera trong trầm tích đại dương, chúng tôi có thể tái tạo lại lịch sử về phạm vi của các vùng thiếu oxy.”
Các nhà khoa học cũng phân tích hàm lượng phốt pho và sắt trong các trầm tích tương tự. Phân tích của họ tiết lộ hàm lượng dinh dưỡng cổ xưa ở vùng sâu Thái Bình Dương.
Woodward W. Fischer, đồng tác giả của nghiên cứu và giáo sư tại Viện Công nghệ California, cho biết: “Hàm lượng dinh dưỡng dưới đại dương sâu rất khó để tái tạo lại và kỷ lục của chúng tôi là kỷ lục đầu tiên về loại này trong 12 triệu năm qua; xu hướng của nó có ý nghĩa quan trọng đối với chu trình carbon toàn cầu và biến đổi khí hậu".
Wang nói, “Các hồ sơ trầm tích cho nhóm nghiên cứu thấy rằng các vùng chết đại dương mở lớn nhất đã dần dần mở rộng trong 8 triệu năm qua.”
“Hơn nữa, việc mở rộng các vùng chết này chủ yếu là do làm giàu chất dinh dưỡng. Cơ chế này tương tự như việc hình thành các vùng chết trong thời đại ngày nay. vùng nước ven biển, ngoại trừ việc con người chịu trách nhiệm làm giàu chất dinh dưỡng hiện tại.”
Wang nói, “Những phát hiện này có thể giúp dự đoán tốt hơn hoạt động trong tương lai của các vùng biển chết ngoài khơi. Ví dụ, các hoạt động của con người ngày càng bổ sung thêm nhiều nitơ vào đại dương. Họ có thể hỗ trợ nhu cầu cải thiện các mô hình khí hậu và đại dương để đánh giá tốt hơn tác động của nitơ do con người tạo ra đối với quá trình khử oxy trong đại dương.”
Fischer đã nói, “Sự gia tăng chất dinh dưỡng kể từ 8 triệu năm trước có thể là do thời tiết và xói mòn gia tăng trên đất liền, điều này sẽ làm tăng việc cung cấp phốt pho cho đại dương.”
Wang nói, “Ngoài ra, các hệ sinh thái trên cạn đã trải qua quá trình chuyển đổi lớn từ 8 đến 6 triệu năm trước. Nhiều khu rừng đã được thay thế bằng những đồng cỏ ít rậm rạp hơn, được gọi là sự mở rộng của hệ sinh thái C4. Với nhiều đồng cỏ hơn, xói mòn đất có thể đã tăng lên trong thời kỳ này và nó sẽ gây ra sự vận chuyển nhiều hơn các chất dinh dưỡng hữu cơ vào đại dương.”
“Bước tiếp theo trong nghiên cứu này có thể là xác định xem dòng nitơ vào đại dương từ hoạt động của con người có thể tác động như thế nào đến chu trình dinh dưỡng của đại dương.”
“Các câu hỏi quan trọng nằm ở các vùng ven biển của chúng ta, nơi lượng nitơ do con người tạo ra nhiều nhất xâm nhập vào đại dương. Nếu hầu hết nitơ do con người tạo ra được loại bỏ ở các vùng ven biển – về cơ bản là do quá trình khử nitrat diễn ra trong trầm tích – thì điều đó có thể làm giảm tác động lên toàn bộ đại dương. Nhóm nghiên cứu của chúng tôi tại BC hiện đang thực hiện một số công việc ở Bắc Vịnh Mexico để hiểu rõ hơn về số phận của nitơ do con người tạo ra trong đại dương.”
Tạp chí tham khảo:
- Xingchen Tony Wang, Sự gia tăng dinh dưỡng của đại dương và sự hình thành Miocene muộn ở các vùng thiếu oxy ở Thái Bình Dương, Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (Năm 2022). DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
