Oceanografer løser mysteriet om fytoplanktons overlevelse i det næringsfattige Stillehav

Upwelling i det østlige ækvatoriale Stillehav giver essentielle næringsstoffer til regionens mikroskopiske planter, men jern – en nøgleingrediens, der letter kvælstofforbruget – er en mangelvare. For at kompensere, fytoplanktonet binder sig sammen for at genbruge det sparsomme metal og fastholde det i deres levesteder i det øvre ocean, forskere ved University of California, Irvine har opdaget.

"I årtier, oceanografer har forstået det afgørende, befrugtende rolle jern spiller i havmiljøet, " sagde UCI's Patrick Rafter, hovedforfatter på en nylig undersøgelse i Naturkommunikation . "Vandplanter vil ikke optage nitrogen i fravær af metallet, hvilket er en begrænsende faktor i deres reproduktion og vækst." Han vil præsentere sine resultater i dag på 2018 American Geophysical Union Ocean Sciences Meeting.

Denne forståelse er vigtig, ifølge Rafter, en assisterende projektforsker i jordsystemvidenskab, fordi disse organismer hjælper med at regulere det globale klima ved at trække atmosfærisk kuldioxid ud i havet. Men visse betingelser er nødvendige for, at den proces kan finde sted.

"Der er meget lidt jern, der kommer ind i økosystemet i denne del af verden, som er helt anderledes end hvad vi ser i Atlanten, med enorme mængder metalbærende støv fra Sahara-ørkenen, der blæser hen over det, " sagde medforfatter Katherine Mackey, UCI Clare Boothe Luce Assistant Professor of Earth System Science. "Og på samme tid, du har opvoksning, drevet af havcirkulation og vind, som bringer meget nitrogenrigt vand op til overfladen."

Den observerede produktivitet af stillehavsfytoplankton midt i denne næringsstofubalance har længe undret oceanografer.

Søger efter geokemiske spor til at forklare kvælstofforbrug og plantevækst i jernfattigt vand, Rafter analyserede sedimentkerner, der går en million år tilbage, og han indsamlede vandprøver ombord på et forskningsfartøj hundreder af miles vest for Galapagos-øerne.

Dette informerede oceanografens tidlige karrieres forståelse af mængden af ​​nitrogen, der optages af fytoplankton, som er grundlaget for havets fødenet. "Men jeg nåede til det punkt, hvor jeg sagde, 'Vent et øjeblik - jern er virkelig sagen, " sagde han. "Uanset hvordan jeg lavede beregningerne, Jeg kunne ikke forklare kvælstofforbruget ud fra, at jernet blev tilført systemet."

Rafter rådførte sig med Mackey, der gav input og numeriske værktøjer til at løse problemet. Knusende differentialligninger i det, de omtalte som en "kassemodel, " forskerne konkluderede, at fytoplanktonet må bruge en eller anden strategi til at holde jern i det øvre hav.

"Når vi siger, at jern genanvendes i systemet mere effektivt end andre elementer, det lyder ikke som så stort, dyb erklæring, men for dem af os, der har studeret disse samfund, det er faktisk en meget vigtig indsigt i, hvordan systemet fungerer, hvordan marine planteliv fungerer i havet, " sagde Rafter. "Dette mikrobielle samfund har fundet ud af en måde at befrugte sig selv med jern på."

Artiklen lægger stor vægt på de biologiske og kemiske processer af nitrogen, jern- og CO2-optagelse, men forskerne fokuserede også på den grundlæggende fysik involveret i de skiftende mønstre for havcirkulation og opstrømning over tid, som har betydning for bredere miljøspørgsmål.

"Hvad sker der om et årti eller et århundrede eller en million år?" sagde Rafter. "Vores model beviser, at hvis du ændrer den hastighed, hvormed vandet bringes op til overfladen, du kan tillade mere eller mindre jerngenanvendelse og selvbefrugtning med planteplankton. Og så får du mere kvælstofforbrug og, ultimativt, mere af denne plantevækst, der kan påvirke hav/atmosfærens opdeling af kuldioxid - hvilket påvirker det globale klima."