Kīlauea lava brænder fytoplankton blomstrer ud for Hawaii Island

Da Kīlauea-vulkanen brød ud i 2018, den sprøjtede millioner af kubikfod smeltet lava ind i det næringsfattige vand ud for den store ø Hawai'i. Det lavapåvirkede havvand indeholdt høje koncentrationer af næringsstoffer, der stimulerede planteplanktonvækst, hvilket resulterede i en omfattende plum af mikrober, der kunne spores af satellit.

En undersøgelse ledet af forskere ved University of Hawai'i (UH) ved Manoa og University of Southern California (USC) og offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskab afslørede, at denne biologiske reaktion var afhængig af uventet høje koncentrationer af nitrat, trods den ubetydelige mængde kvælstof i basaltisk lava. Forskerholdet fastslog, at nitrat blev bragt til overfladehavet, da varme fra den betydelige tilførsel af lava til havet opvarmede næringsrigt dybt vand og fik dem til at stige op, forsyne det solbeskinnede lag med næringsstoffer.

Efter at have observeret fytoplanktonets opblomstring i satellitbilleder, UH Mānoa Center for Microbial Oceanography:Research and Education (C-MORE) organiserede en hurtig reaktion oceanografisk ekspedition på UH forskningsfartøj Ka'imikai-O-Kanaloa fra 13. til 17. juli, 2018 - midt i Kilaueas aktivitet. Holdet udførte operationer døgnet rundt i nærheden af ​​lavaindgangsregionen for at teste vandkemi og den biologiske reaktion på den dramatiske begivenhed.

Co-lead forfattere Sam Wilson på C-MORE og Nick Hawco, en USC-forsker, der vil slutte sig til UH Mānoa Oceanography Department i januar 2020, testet hypotesen om, at lava og vulkansk støv ville stimulere mikroorganismer, der er begrænset af fosfat eller jern, som er kemikalier, der findes i lava.

Som det viste sig, da der var så meget lava i vandet, det opløste jern og fosfat kombineret til partikler, gør disse næringsstoffer utilgængelige for mikrober. Yderligere, dyb, opvarmet havvand blev flydende og bragte nitrat op, som fik andre klasser af fytoplankton til at blomstre.

Det er muligt, at denne mekanisme har ført til lignende havbefrugtningsbegivenheder i fortiden forbundet med dannelsen af ​​Hawaii-øerne og andre betydelige vulkanudbrud, foreslår forfatterne. Afhængigt af deres placering, vedvarende udbrud i denne skala kunne også lette en stor flux af nitrat fra det dybe hav og forstyrre havets cirkulation i større skala, biologi og kemi.

"Ekspeditionen i juli 2018 gav en enestående mulighed for på egen hånd at se, hvordan en massiv tilførsel af eksterne næringsstoffer ændrer marine økosystemer, der er fint tilpasset til betingelser med lavt næringsstof, " sagde Wilson. "Økosystemreaktioner på en så betydelig tilsætning af næringsstoffer observeres eller udtages sjældent i realtid. UH har en stærk tradition for ikke kun vulkansk forskning, men ser også på dets indvirkning på det omgivende miljø såsom havet, grundvand, atmosfære. Dette seneste stykke forskning forbedrer vores forståelse af lava-havvand-interaktioner inden for den meget bredere kontekst af land-ocean-forbindelser."

"Videnskab er en holdsport, " sagde Dave Karl, seniorforfatter og meddirektør for UH Mānoa Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology (SCOPE). "SCOPE lægger vægt på samarbejde, hvor videnskabsmænd med komplementære færdigheder kom sammen for at fuldføre denne unikke, tværfagligt projekt."

I fremtiden, holdet håber på at prøve de nydannede damme i bunden af ​​Halema'uma'u-krateret og yderligere undersøge lava-havvand-interaktioner i laboratoriet.