Døde zoner dannes gentagne gange i det nordlige Stillehav under varme klimaer, undersøgelse finder

En analyse af sedimentkerner fra Beringhavet har afsløret et tilbagevendende forhold mellem varmere klimaer og pludselige episoder af "døde zoner" med lavt iltindhold i det subarktiske nordlige Stillehav i løbet af de sidste 1,2 millioner år.

Den nye undersøgelse, ledet af forskere ved UC Santa Cruz, blev offentliggjort 2. juni i Videnskabens fremskridt . Resultaterne giver afgørende information til at forstå årsagerne til lav ilt eller "hypoxi" i det nordlige Stillehav og til at forudsige forekomsten af ​​hypoxiske tilstande i fremtiden.

"Det er vigtigt at forstå, om klimaforandringerne skubber havene mod et 'tipping point' for pludselig og alvorlig hypoxi, der ville ødelægge økosystemer, fødekilder, og økonomier, " sagde førsteforfatter Karla Knudson, der ledede studiet som kandidatstuderende i geovidenskab ved UCSC.

Forskerne baserede deres resultater på en analyse af dybe sedimentkerner fra et sted i Beringhavet. Over lange perioder, sedimenter aflejres og opbygges på havbunden. Aktiviteten af ​​organismer, der lever i havbundens sedimenter, forstyrrer og blander dem normalt, når de akkumuleres, men hvis hypoxi har dræbt disse organismer, et ordnet mønster af lag er bevaret. Dermed, videnskabsmænd kan finde en registrering af tidligere hypoksiske hændelser i form af disse lagdelte eller "laminerede" sedimenter i kerner boret fra havbunden.

Forskere har længe kendt til en stor episode af udbredt hypoxi i det nordlige Stillehav i slutningen af ​​den sidste istid, da smeltningen af ​​iskapperne sendte en massiv tilstrømning af ferskvand ud i havet. Den nye undersøgelse giver de første registreringer af tidligere hændelser med lavt iltindhold, og viser, at den seneste hændelse ikke var repræsentativ for de fleste af disse hændelser med hensyn til mekanismer eller timing.

"Det kræver ikke en stor forstyrrelse som smeltende iskapper for at dette kan ske, " sagde den tilsvarende forfatter Ana Christina Ravelo, professor i havvidenskab ved UC Santa Cruz. "Disse pludselige hypoksiske hændelser er faktisk almindelige i den geologiske optegnelse, og de er ikke typisk forbundet med deglaciation. De sker næsten altid i de varme mellemistider, som den, vi er i nu."

Hypoksien opstår efter intens vækst af fytoplankton (marine alger) i overfladevandene. Når planteplanktonet dør, de synker dybere ned i havet og nedbrydes, som nedbryder ilten og frigiver kuldioxid til vandet under overfladen. Hvad udløser disse begivenheder, imidlertid, forbliver uklart. Opvarmning af havet, høje havniveauer, og tilgængeligheden af ​​jern (en begrænsende faktor for vækst af planteplankton) synes alle at spille en rolle.

"Vores undersøgelse viser, at høje havniveauer, som opstår under varme mellemistider, bidrog til disse hypoksiske hændelser, " sagde Knudson. "Under høje havniveauer, opløst jern fra de oversvømmede kontinentalsokler kan overføres til det åbne hav og fremme intens planteplanktonvækst i overfladevandene."

Selvom højt havniveau er en vigtig baggrundstilstand, det er ikke nok at udløse en hypoksisk hændelse af sig selv. Ændringer i havcirkulationen, herunder intensiveret opstrømning for at bringe flere næringsstoffer ind i overfladevandet og stærkere strømme, der kunne overføre jern fra kontinentalsoklen til det åbne hav, kan spille en afgørende rolle, sagde Knudsen.

I øjeblikket, regionale døde zoner forekommer i kystområder rundt om i verden på grund af temperaturpåvirkningerne af klimaopvarmning, samt næringsstofberigelse af kystvande fra landbrugsgødning. Men selv den massive døde zone ved mundingen af ​​Mississippi-floden blegner i forhold til den udbredte hypoxi, der opstod over hele det nordlige Stillehav ved slutningen af ​​den sidste istid.

Fordi den nye undersøgelse er baseret på sedimentkerner fra et enkelt sted, forskerne kender ikke omfanget af de døde zoner, det registrerer - om de var begrænset til Beringhavet eller strakte sig over den nordlige Stillehavsrand, som den seneste begivenhed gjorde.

"Vi ved ikke, hvor omfattende de var, men vi ved godt, at de var meget intense og varede længere end deglaciationshændelsen, der er blevet så godt undersøgt, " sagde Ravelo, som var co-chief scientist for Integrated Ocean Drilling Program Expedition 323, som genvandt Beringhavets kerner i 2009.

Knudson sagde, at kernerne registrerer flere begivenheder i hver mellemistidperiode gennem Pleistocæn, med bratte overgange, hvor laminerede sedimenter opstår og forsvinder i kernen.

De nye resultater rejser bekymringer om, hvorvidt klimaændringer og havopvarmning vil føre til et vendepunkt, der ville udløse udbredt hypoxi i det nordlige Stillehav.

"Systemet er forberedt til denne type begivenheder, " sagde Ravelo. "Vi skal vide, hvor omfattende de var, og vi er nødt til at genoverveje, hvordan disse begivenheder udløses, fordi vi nu ved, at det ikke kræver en stor forstyrrelse. Denne undersøgelse lægger op til en masse opfølgende arbejde."