Hvordan dybhavsåbninger giver næring til massive fytoplanktonopblomstringer

Forskere ved Stanford University siger, at de har fundet en akvatisk motorvej, der lader næringsstoffer fra jordens mave feje op til overfladevand ud for Antarktis kyst og stimulere eksplosiv vækst af mikroskopiske havalger.

Deres studie, offentliggjort 5. juni i tidsskriftet Naturkommunikation , tyder på, at hydrotermiske ventilationsåbninger - åbninger i havbunden, der fosser brændende varme strømme af mineralrig væske - kan påvirke livet nær havets overflade og det globale kulstofkredsløb mere end tidligere antaget.

Mathieu Ardyna, en postdoc og studiets hovedforfatter, sagde forskningen giver det første observerede bevis på, at jern fra det sydlige oceans dybder gør normalt anæmisk overfladevand til hotspots for fytoplankton - de små alger, der opretholder det marine fødenet, trække varmefangende kuldioxid ud af luften og producere en enorm mængde af den ilt, vi indånder. "Vores undersøgelse viser, at jern fra hydrotermiske ventilationsåbninger kan vælde op, rejse på tværs af hundredvis af miles af åbent hav og tillade planteplankton at trives nogle meget uventede steder, " han sagde.

Kevin Arrigo, en professor i jordsystemvidenskab og seniorforfatter af papiret, kaldte resultaterne "vigtige, fordi de viser, hvor tæt forbundet det dybe hav og overfladehavet kan være."

Mystiske blomster

Planteplankton har brug for jern for at trives, og det begrænser deres overflod i store dele af havet, hvor koncentrationerne af næringsstoffer er lave. Men når forholdene er rigtige, planteplankton kan også vokse eksplosivt, blomstrer over tusindvis af kvadratkilometer i løbet af få dage.

Det var, hvad Ardyna bemærkede for nylig, da han så på data registreret i 2014 og 2015 af en flåde af flydende robotter udstyret med optiske sensorer i det sydlige Ocean. Mere end 1, 300 miles fra Antarktis kyst og 1, 400 miles fra det afrikanske kontinent, to uventet store opblomstringer dukket op i et område kendt for alvorlig jernmangel og lave koncentrationer af klorofyl, en indikator for planteplanktonpopulationer.

Massive opblomstringer i denne region kunne kun være mulige med en tilstrømning af jern. Ardyna og Arrigo udelukkede hurtigt havets mest almindelige kilder, inklusive kontinentalsokler, smeltende havis og atmosfærisk støv, som simpelthen var for langt væk til at have stor indflydelse.

Det fik dem til at mistænke, at næringsstoffet må vælde op nedefra, muligvis fra en perlerække af hydrotermiske åbninger, der punkterer en midt-ocean-ryg 750 miles fra, hvor de massive opblomstringer på uforklarlig vis var dukket op. For at hjælpe med at teste deres hypotese, de rekrutterede et internationalt team af samarbejdspartnere specialiseret i forskellige aspekter af oceanografi og modellering.

"Det har længe været kendt, at hydrotermiske ventilationsåbninger skaber unikke og dybtgående oaser af liv, " sagde Ardyna. Indtil for nylig, videnskabsmænd mente generelt, at disse nærende virkninger forblev ret lokale. Men en voksende mængde beviser fra computersimuleringer af havdynamik har antydet, at jern og andre livsopretholdende elementer udslynget fra hydrotermiske åbninger faktisk kan give næring til planktonopblomstringer over meget bredere områder.

Imidlertid, direkte målinger har manglet.

I det sydlige Ocean, det er delvist på grund af den fjerntliggende placering, ekstrem kold og hårdt hav, som gør det svært at studere tæt på eller indsamle nøjagtige data. "Dine sensorer skal være på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt for at se disse blomster, " sagde Ardyna. "Satelitter kan undervurdere intensiteten eller gå glip af dem helt på grund af dårlig dækning eller stærk blanding af vandsøjlen, som skubber planteplankton for dybt ned til satellitter at se."

ledetråde fra rummet, flydende robotter

For at spore strømmen af ​​partikler fra åbningerne på den midterste havrygg, forskerne analyserede data fra satellitter, der målte klorofyl og fra autonome, sensorbelastede bøjer kendt som Argo-flydere. Mens de dykker og driver langs havstrømme, nogle af disse bøjer detekterer klorofyl og andre proxyer for fytoplanktonbiomasse. "Flåderne giver os dyrebare og unikke data, dækker en stor del af vandsøjlen ned til 1, 000 meter dyb i løbet af en hel årlig cyklus, " sagde Ardyna.

Forskerne kunne ikke direkte måle jern i vandet, men i stedet analyserede målinger af helium indsamlet ved videnskabelige krydstogter i 1990'erne. Tilstedeværelsen af ​​helium signalerer vand påvirket af hydrotermiske ventilationskanaler, som tragter store mængder primordialt helium fra under jordskorpen.

Klorofylet, phytoplankton- og heliumdata tyder på, at en kraftig strøm, der cirkulerer Antarktis, fanger næringsstoffer, der stiger op fra åbninger. To turbulente, Hurtigt bevægende grene af strømmen sender derefter næringsstofferne mod øst i en måned eller to, før de serveres som en banket til underernæret planteplankton. Sammen med ankomsten af ​​forårssolskin, som fytoplankton har brug for til fotosyntese, leveringen udløser en massiv opblomstring, der sandsynligvis kan absorbere og opbevare betydelige mængder kulstof fra atmosfæren, sagde Arrigo, som også er Donald og Donald M. Steel professor i geovidenskab.

Over tid, blomsterne driver østpå mod strømmen, der løber rundt i Antarktis og falmer, mens havdyrene fortærer dem. "Vi formoder, at disse hotspots enten forbruges eller eksporteres til dybt vand, " sagde Ardyna.

Hver opblomstring varer lidt mere end en måned, men de mekanismer, der udløser dem, er sandsynligvis mere almindelige i det globale hav, end videnskabsmænd tidligere havde mistanke om.

"Hydrotermiske ventilationsåbninger er spredt over hele havbunden, " sagde Ardyna. At kende til de veje, der bringer deres næringsstoffer op til overfladevand, vil hjælpe forskere med at lave mere nøjagtige beregninger om strømmen af ​​kulstof i verdenshavene. ændre kulstofkredsløbet."