Den overraskende måde, hvorpå et vulkanudbrud gav næring til en opblomstring af havalger

Da Hawaiis Kilauea-vulkan gik i udbrud i 2018, det ødelagde omkring 700 hjem og sendte hundreder af millioner af tons lava ud i havet, skabe bølgende skyer og eksplosioner langs kysten. Snart, satellitbilleder afslørede, at der skete noget andet:tilsyneladende enorme opblomstringer af marine planteplankton dukker op. Den juli, et hold videnskabsmænd drog i et forskningsfartøj i flere dage for at overvåge vandet og tage prøver døgnet rundt, i et forsøg på at forstå, hvad der skete. Deres arbejdshypotese:den bølgende lava leverede mineralske næringsstoffer til det relativt næringsfattige vand, sætte gang i blomstringen. Men, som fortalt i en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab denne uge, de tog fejl. En tidligere uanet mekanisme var på arbejde, en med bredere implikationer for, hvordan marine biologiske processer fungerer.

Fytoplankton er encellede fotosyntetiske alger, der danner grundlaget for det marine fødenet. De spiller også en nøglerolle i reguleringen af ​​det globale klima, fordi de optager enorme mængder kulstof, hvoraf nogle synker til bunds, når planteplanktonet dør. Imidlertid, deres vækst er begrænset i mange regioner, fordi vandet ikke indeholder nok essentielle næringsstoffer til at gå rundt. Feltholdet, ledet af forskere ved University of Hawaii og University of Southern California, oprindeligt antaget, at blomstringen skete, fordi vulkansk støv og lava, rig på næringsstoffer som jern og fosfat, fodrede den.

Direkte observationer og senere analyser viste, at dette ikke var tilfældet. For en, jern og fosfat kom virkelig i vandet, men ikke i former, der er tilgængelige for fytoplanktonet at bruge; de klumpede sig sammen til partikler, som organismerne ikke kunne optage. På den anden side vandet blev pludselig fyldt med nitrat – et næringsstof, der normalt ikke findes nær overfladen her omkring, og som praktisk talt ikke findes i lava. Hvor kom nitratet fra, og brugte planteplanktonet det?

Normalt, videnskabsmænd ville forvente at finde farvande omkring Hawaii domineret af ekstremt små arter kaldet picoplankton, hvis vækst er begrænset af overfloden af ​​jern og fosfat. Men sammensætningen af ​​organismerne havde ændret sig dramatisk; de dominerende arter var nu større fytoplankton kaldet kiselalger. Prøver af fytoplankton blev sendt til Sonya Dyhrman, en biologisk oceanograf ved Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory. Hun og Lamont associeret forsker Matthew Harke analyserede deres stofskifte og fandt ud af, at kiselalgene reagerede kraftigt på tilsat nitrat.

"Det er virkelig spændende at se et hurtigt reagerende team af forskere arbejde sammen om at løse et mysterium, " sagde Dyhrman. "Vi var i stand til at bruge vores analyse til at bekræfte, at nitrat var en vigtig del af historien her, hvor vi havde troet, det ville være jern eller fosfat."

Holdet mener nu, at de har identificeret en befrugtningsmekanisme, som ingen havde tænkt på før. De siger, at lava, der strømmede ud i havet, rørte i gryden, dykker så langt som 1, 000 fod under overfladen. Dernede i det kølige dyb, nitrat fra døde organismer har tendens til at samle sig, og for det meste bliver der. Men lavaen opvarmede vandet, får det til at vælde hurtigt op. Når først det opsvulmede vand ramte den zone, hvor sollys trænger ind, nitrat-hungrende kiselalger udnyttede og formerede sig hurtigt. En bekræftelse af denne idé:kort efter at udbruddet stoppede, algeopblomstringen aftog.

Vulkanolog Terry Plank og biologisk oceanograf Hugh Ducklow, begge også i Lamont-Doherty, skrev en kommentar, der fulgte med undersøgelsen. I det, de siger, at ingen tidligere havde undersøgt, om udbrud kunne spille en sådan rolle i marine økosystemer. Endnu, havene er oversået med vulkanske øer såvel som undersøiske vulkaner inklusive sandsynligvis mange, der ikke er blevet opdaget. Kan disse påvirke ebbe og flod af fytoplankton og det bredere fødenet på uanede måder? Blandt andet, de siger, vulkanudbrud er kendt for at bidrage med kuldioxid til atmosfæren - men med den nye opdagelse, det lader til at være muligt, at de udligner dette delvist ved at sætte skub i fytoplanktonvækst, der tager noget af kulstoffet tilbage. Plank og Ducklow spekulerer i, at andre forbigående fænomener som orkaner også kan spille en lignende rolle ved at omrøre næringsrigt vand fra dybet op mod overfladen.

Udbruddet og evnen til at studere det i realtid "gav en enestående mulighed for på egen hånd at se, hvordan en massiv tilførsel af eksterne næringsstoffer ændrer marine økosystemer, " sagde hovedforfatter Sam Wilson fra University of Hawaii.