Forskere finder ud af, at sværme af små organismer blander næringsstoffer i havets farvande

Sværme af små oceaniske organismer, der i fællesskab er kendt som zooplankton, kan have en stor indflydelse på deres miljø. Ny forskning i Stanford viser, at klynger af centimeterlange individer, hver slåede små fjerben, kan, samlet, skabe kraftige strømme, der kan blande vand over hundreder af meter i dybden.

Selvom arbejdet blev udført i laboratoriet, Fundet er det første, der viser, at vandrende zooplankton - eller faktisk enhver organisme - kan skabe turbulens i en størrelse, der er stor nok til at blande havets farvande. Værket kan ændre den måde, havforskere tænker på globale næringscyklusser som kulstof, fosfat og ilt, eller endda havstrømme selv.

"Havdynamikken er direkte forbundet med det globale klima gennem interaktioner med atmosfæren, "sagde John Dabiri, professor i civil- og miljøteknik og maskinteknik. "Det faktum, at svømmende dyr kunne spille en væsentlig rolle i havblanding - en idé, der næsten har været kættersk inden for oceanografi - kan derfor have konsekvenser langt ud over de umiddelbare farvande, hvor dyrene opholder sig."

Dabiri, der var seniorforfatter på værket udgivet 18. april i Natur , tilføjede, at resultaterne også kunne hjælpe forskere med at forstå, hvordan havet opsamler kuldioxid fra atmosfæren og føre til opdateringer i havklimamodeller.

"Lige nu inkluderer mange af vores havklimamodeller ikke effekten af ​​dyr, eller hvis de gør det, er det som passive deltagere i processen, "Sagde Dabiri.

Hakkende farvande

Et af de mest almindelige zooplankton, krill er blandt de mest udbredte marine organismer og vandrer dagligt i kæmpe sværme, på vej hundredvis af meter dybt om dagen og op til havets overflade om natten for at fodre.

Dabiri vidste, at hvad angår kræfter, der driver blanding af oceaner, vind og tidevandsstrømme menes at spille den største rolle. Men han spekulerede på, om gigantiske zooplanktonvandringer også kunne være involveret - en idé, der først blev foreslået af oceanograf Walter Munk i 1966, og siden da debatteret men aldrig systematisk undersøgt.

Dabiri og kandidatstuderende Isabel Houghton forsøgte at besvare det spørgsmål ikke i havet, men i det relativt kontrollerede miljø med store vandtanke i laboratoriet. Parret arbejdede sammen med Jeffrey Koseff og Stephen Monismith, professorer i civil- og miljøteknik, der er eksperter i blanding i havet, at skabe strømningsmiljøer, der efterligner havet med saltere vand på bunden af ​​tanken og mindre saltvand på toppen. Den resulterende gradient afspejler havforhold, som enhver organisme skulle skulle forstyrre for at cykle næringsstoffer mellem havets overflade og vand dybt nedenunder.

"Der er ingen mærkbar dyb blanding af ilt eller kuldioxid i havet, hvis du ikke kan overvinde den stabiliserende indflydelse af saltindhold og temperaturgradienter, "Sagde Koseff.

I laboratoriet, gruppen ledte efter at se, om de bittesmå organismer, de undersøgte-for det meste saltlage rejer (også kendt som havaber) som stand-in for mindre lab-hårdføre krill-simpelthen væltede vand lokalt, efterlader gradienten intakt, eller omfordeling af salt til en mere ensartet blanding. Hvis de kan blande lag i laboratoriet, chancerne er store for at de kan gøre det samme i havet, gruppen argumenterede.

Svømning med laserlys

For at gennemføre undersøgelsen, Houghton placerede saltlage rejer i tanken og aktiverede laser- eller LED -lys fra enten ovenfra eller under, fordi saltlage rejer tiltrækkes af lys, så de migrerede mod kilden. Da hun vendte lysene, skyndte de små væsener sig til den anden ende i en migration, der varede cirka 10 minutter.

Med kameraer, der tæt registrerer dyrenes bevægelser, gruppen har været i stand til at måle de enkelte vandstrøer omkring hver saltlage rejer og de større strømme i tanken. Af disse, de har vist, at turbulens fra individuelle organismer aggregerer til en meget større turbulent jet i kølvandet på migration.

Hvad mere er, disse strømme var kraftige nok til at blande tankens saltgradient. "De fortrængte ikke bare væske, der derefter vendte tilbage til sin oprindelige placering, "Sagde Houghton." Alt blandede sig irreversibelt. "

Inden dette arbejde, forskere havde troet, at krill og andet zooplankton kun kunne skabe turbulens i deres eget størrelsesinterval - i størrelsesordenen centimeter. Det er næppe nok til at flytte næringsstoffer i en meningsfuld skala. Nu ser det ud til, at zooplankton har kapacitet til at blande havvand, i hvert fald regionalt. Desuden, Dabiri sagde, at deres fund måske ikke kun gælder for organismer som krill i den øvre kilometer af havet, men også til vandmænd, blæksprutte, fisk og pattedyr, der svømmer endnu dybere, muligvis ødelægger hele vandsøjlen.

Dabiri sagde, at hans laboratoriemedlemmer skal verificere deres fund i havet, som vil indebære at finde og følge sværme af krill på steder, der er så forskellige som Californiens kyst og det kolde antarktiske farvand. Men hvis de fortsætter med at se blanding i skalaen, laboratoriearbejdet foreslår, fundene kan ændre den måde, havforskere tænker på dyrenes rolle i at påvirke deres vandige miljø - og potentielt vores klima på land.

Start enkelt for store resultater

På trods af værkets potentielle indflydelse på, hvordan havforskere tænker over havdyrs rolle i globale spørgsmål som klima og næringscyklusser, denne forskning har en historisk fortid. Dens finansiering blev engang vist på en liste over offentligt affald kendt som The Wastebook, som omtalte det som at studere synkroniseret svømning i havaber.

"Ved at starte enkelt og bruge en uortodoks organisme som saltlage rejer, det har givet os mulighed for nu at gå i havet og måle noget, hvor vi har et mere specifikt mål for øje, "Sagde Dabiri.

Målinger, der ville have kostet $ 20, 000 om dagen ombord på et skib koster kun omkring $ 100 pr. Dag i laboratoriet, spare betydelige penge og producere resultater, der er relevante for både forskere og politikere.