130 år gammel hjernekoral afslører opmuntrende nyheder for åbent hav

Når nitrogenbaseret gødning strømmer ud i vandområder, resultatet kan være dødbringende for livet i havet nær kysten, men hvad er effekten af ​​nitrogenforurening langt ude i det åbne hav?

En 130 år gammel hjernekoral har givet svaret, i hvert fald for Nordatlanten ud for USAs østkyst. Ved at måle nitrogenet i korallens skelet, et team af forskere ledet af Princeton University fandt væsentlig mindre kvælstofforurening end tidligere anslået. Undersøgelsen blev offentliggjort online i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Til vores overraskelse, vi så ikke tegn på øget kvælstofforurening i Nordatlanten i løbet af de sidste årtier, " sagde Xingchen (Tony) Wang, som udførte arbejdet som en del af sin doktorgrad i geovidenskab ved Princeton og nu er postdoc ved California Institute of Technology.

Tidligere arbejde af det Princeton-baserede team, imidlertid, fandt forhøjet nitrogenforurening i et andet åbent hav i Det Sydkinesiske Hav, faldende sammen med den dramatiske stigning i kulproduktion og gødningsforbrug i Kina i løbet af de sidste to årtier.

I den nye undersøgelse, forskerne så på koralskeletprøver indsamlet i det åbne hav omkring 620 miles øst for det nordamerikanske kontinent nær øen Bermuda, en region, der menes at være stærkt påvirket af luftbåren kvælstof, der frigives fra kilder på det amerikanske fastland, såsom køretøjers udstødning og kraftværker.

Selvom holdet ikke fandt beviser for, at menneskeskabt nitrogen var i stigning, forskerne bemærkede variationer i nitrogen, der svarede til niveauer, der forventes fra et naturligt klimafænomen kaldet den nordatlantiske oscillation, sagde Wang.

Resultatet står i modsætning til tidligere offentliggjorte computermodeller, der forudsagde en betydelig stigning i menneskeskabt kvælstofforurening i Nordatlanten.

Arbejdet kan indikere, at amerikanske forureningskontrolforanstaltninger med succes begrænser mængden af ​​menneskeskabte nitrogenudledninger, der kommer ud i havet.

"Vores fund har vigtige konsekvenser for fremtiden for menneskelig nitrogenpåvirkning på Nordatlanten, " sagde Wang. "Stærskende på grund af fremskridt inden for forureningsteknologi, menneskelige kvælstofemissioner fra USA har holdt sig stabile eller endda faldet i de seneste årtier, " sagde han. "Hvis emissionerne fortsætter på dette niveau, Vores resultater tyder på, at det åbne Nordatlanten vil forblive minimalt påvirket af kvælstofforurening i de kommende årtier."

nitrogen, når den er i sin biologisk tilgængelige form og leveres i overskud, kan forårsage overvækst af planter og alger og føre til alvorlige økosystemskader, inklusive marine "døde zoner", der dannes, når mikroorganismer forbruger al ilten i vandet, efterlader ingen til fisk. Gødningsproduktion og afbrænding af fossilt brændsel har øget produktionen af ​​biologisk tilgængelige, eller "fast, "nitrogen siden begyndelsen af ​​det 20. århundrede.

Når det udsendes til atmosfæren, fast nitrogen kan påvirke havet langt fra land. Imidlertid, virkningerne på havet er vanskelige at studere på grund af de udfordringer, der er forbundet med at foretage langtidsobservationer i det åbne hav.

Koraller kan hjælpe. Stenagtige eller "Scleractinian" koraller er langlivede organismer, der bygger et calciumcarbonatskelet, når de vokser. Korallerne opsuger nitrogen fra det omgivende vand og aflejrer en lille del i deres skeletter. Skeletterne giver en naturlig registrering af kvælstofemissioner.

For at skelne menneskeskabte, eller menneskeskabte, nitrogen fra den naturligt forekommende art, forskerne udnytter, at nitrogen kommer i to vægte. Den tungere version, kendt som 15N, indeholder en neutron mere end den lettere 14N. Menneskeskabt nitrogen har et lavere forhold på 15N til 14N end kvælstoffet i havet.

"Det har længe været min drøm at bruge nitrogenet i koralskeletter til at rekonstruere tidligere miljøændringer; takket være Tony, vi gør det nu, " sagde Daniel Sigman, Dusenbury professor i geologiske og geofysiske videnskaber ved Princeton.

Mens en kandidatstuderende ved Princeton, Wang udviklede en følsom og præcis metode til at måle 15N-til-14N-forholdet ved hjælp af et massespektrometer, som er som en badevægt til vejning af molekyler.

For at indsamle koralprøver i Nordatlanten, Wang og Anne Cohen, en associeret videnskabsmand i geologi og geofysik ved Woods Hole Oceanographic Institution, førte et hold i 2014 til Bermuda. Efterforskerne fjernede en 23 tommer lang kerne fra en levende hjernekoral ( Diploria labyrinthiformis ) omkring 10 fod under overfladen på Hog Reef, omkring seks miles fra hovedøen. Forskerne bekræftede, at Bermudas nitrogenafstrømning ikke var en faktor på stedet ved at måle nitrogenniveauer i plankton, der flyder i nærheden.

Studiet, "Naturlig forcering af det nordatlantiske nitrogenkredsløb i antropocæn, " af Xingchen Tony Wang, Anne Cohen, Victoria Luu, Haojia Ren, Zhan Su, Gerald Haug og Daniel Sigman, blev offentliggjort online i ugen den 1. oktober, 2018 i Proceedings of the National Academy of Sciences .