Faldet i fytoplanktonet falder sammen med de varmere temperaturer over de sidste 150 år

Stort set alt havliv afhænger af produktiviteten af ​​fytoplankton - mikroskopiske organismer, der arbejder utrætteligt på havets overflade for at absorbere den kuldioxid, der bliver opløst i det øvre hav fra atmosfæren.

Gennem fotosyntese, disse mikrober nedbryder kuldioxid til ilt, hvoraf nogle i sidste ende bliver frigivet tilbage til atmosfæren, og organisk kulstof, som de opbevarer, indtil de selv er fortæret. Dette plankton-afledte kulstof brænder resten af ​​det marine fødenet, fra de mindste rejer til kæmpe havskildpadder og pukkelhvaler.

Nu, forskere ved MIT, Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), og andre steder har fundet beviser på, at planteplanktons produktivitet falder støt i Nordatlanten, et af verdens mest produktive havbassiner.

I en avis, der udkommer i dag i Natur , forskerne rapporterer, at fytoplanktons produktivitet i denne vigtige region er faldet med omkring 10 procent siden midten af ​​det 19. århundrede og begyndelsen af ​​den industrielle æra. Dette fald falder sammen med støt stigende overfladetemperaturer i samme tidsrum.

Matthew Osman, avisens hovedforfatter og en kandidatstuderende i MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og Planetary Sciences og MIT/WHOI Joint Program in Oceanography, siger, at der er indikationer på, at fytoplanktons produktivitet kan falde yderligere, efterhånden som temperaturerne fortsætter med at stige som følge af menneskeskabte klimaændringer.

"Det er et betydeligt nok fald til, at vi bør være bekymrede, " siger Osman. "Mængden af ​​produktivitet i havene skalerer groft med, hvor meget fytoplankton du har. Så dette oversættes til 10 procent af havfødevarebasen i denne region, der er gået tabt i løbet af den industrielle æra. Hvis vi har en voksende befolkning, men et faldende fødegrundlag, på et tidspunkt vil vi sandsynligvis mærke virkningerne af dette fald."

Boring gennem "pandekager" af is

Osman og hans kolleger ledte efter tendenser i fytoplanktons produktivitet ved at bruge den molekylære forbindelse methansulfonsyre, eller MSA. Når planteplankton udvider sig til store opblomstringer, visse mikrober udsender dimethylsulfid, eller DMS, en aerosol, der løftes op i atmosfæren og til sidst nedbrydes som enten sulfataerosol, eller MSA, som derefter aflejres på hav- eller landoverflader af vinden.

"I modsætning til sulfat, som kan have mange kilder i atmosfæren, det blev erkendt for omkring 30 år siden, at MSA havde et meget unikt aspekt ved sig, hvilket er, at det kun er afledt af DMS, som igen kun stammer fra disse planteplanktonopblomstringer, " siger Osman. "Så enhver MSA du måler, du kan være sikker på, at du kun har én unik kilde - fytoplankton."

I Nordatlanten, phytoplankton producerede sandsynligvis MSA, der blev aflejret mod nord, herunder på tværs af Grønland. Forskerne målte MSA i grønlandske iskerner - i dette tilfælde ved hjælp af 100- til 200 meter lange søjler af sne og is, der repræsenterer lag af tidligere snefaldsbegivenheder bevaret over hundreder af år.

"De er dybest set sedimentære lag af is, der er blevet stablet oven på hinanden gennem århundreder, som pandekager, " siger Osman.

Holdet analyserede i alt 12 iskerner, hver samlet fra forskellige steder på den grønlandske indlandsis af forskellige grupper fra 1980'erne til i dag. Osman og hans rådgiver Sarah Das, en associeret videnskabsmand ved WHOI og medforfatter på papiret, samlede en af ​​kernerne under en ekspedition i april 2015.

"Betingelserne kan være virkelig barske, " siger Osman. "Det er minus 30 grader celsius, blæsende, og der er ofte whiteout-forhold i en snestorm, hvor det er svært at skelne himlen fra selve indlandsisen."

Holdet var ikke desto mindre i stand til at udvinde, meter for meter, en 100 meter lang kerne, ved hjælp af en kæmpe boremaskine, der blev leveret til holdets lokation via et lille skiudstyret fly. De arkiverede straks hvert iskernesegment i en stærkt isoleret køleboks, fløj derefter kasserne på "cold deck flights" - fly med omgivende forhold på omkring minus 20 grader Celsius. Da flyene landede, frysebiler transporterede iskernerne til forskernes iskernelaboratorier.

"Hele processen med, hvordan man sikkert transporterer et 100 meter langt isstykke fra Grønland, holdes ved minus-20 graders betingelser, tilbage til USA er et massivt foretagende, " siger Osman.

Kaskadende effekter

Holdet inkorporerede ekspertise fra forskere på forskellige laboratorier rundt om i verden i at analysere hver af de 12 iskerner for MSA. På tværs af alle 12 poster, de observerede et iøjnefaldende fald i MSA-koncentrationer, begyndende i midten af ​​det 19. århundrede, omkring starten af ​​den industrielle æra, hvor den omfattende produktion af drivhusgasser begyndte. Dette fald i MSA er direkte relateret til et fald i fytoplanktonproduktiviteten i Nordatlanten.

"Det er første gang, vi i fællesskab har brugt disse iskerne-MSA-registreringer fra hele Grønland, og de viser dette sammenhængende signal. Vi ser et langsigtet fald, der opstår omkring samme tid, som da vi begyndte at forstyrre klimasystemet med udledning af drivhusgasser i industriel skala, " siger Osman. "Det nordlige Atlanterhav er så produktivt et område, og der er en enorm multinational fiskeriøkonomi relateret til denne produktivitet. Eventuelle ændringer i bunden af ​​denne fødekæde vil have kaskadeeffekter, som vi i sidste ende vil mærke ved vores middagsborde."

Faldet i fytoplanktonproduktivitet i flere århundreder ser ud til ikke kun at falde sammen med samtidige langsigtede opvarmningstemperaturer; den viser også synkrone variationer på årtiers tidsskalaer med det storstilede havcirkulationsmønster kendt som Atlantic Meridional Overturning Circulation, eller AMOC. Dette cirkulationsmønster virker typisk til at blande lag af det dybe hav med overfladen, muliggør udveksling af tiltrængte næringsstoffer, som fytoplankton lever af.

I de seneste år, Forskere har fundet beviser for, at AMOC svækkes, en proces, der stadig ikke er velforstået, men som til dels kan skyldes, at varme temperaturer øger smeltningen af ​​Grønlands is. Denne isafsmeltning har tilføjet en tilstrømning af mindre tæt ferskvand til Nordatlanten, som virker stratificerende, eller adskille dens lag, ligesom olie og vand, forhindrer næringsstoffer i dybet i at strømme op til overfladen. Denne opvarmningsinducerede svækkelse af havcirkulationen kan være det, der driver fytoplanktonets tilbagegang. Da atmosfæren generelt opvarmer det øvre hav, dette kan også fremme havets lagdeling, forværring af planteplanktons produktivitet.

"Det er et et-to slag, " siger Osman. "Det er ikke gode nyheder, men resultatet af dette er, at vi ikke længere kan hævde uvidenhed. Vi har beviser på, at dette sker, og det er det første skridt, du i sagens natur skal tage for at løse problemet, men vi gør det."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.