Svagere havstrømme fører til et fald i næringsstoffer for det nordatlantiske havliv under forhistoriske klimaændringer

Forskere ved Georgia Institute of Technology er færdige med at undersøge, hvordan den forhistoriske svækkelse af en større havstrøm førte til et fald i havets næringsstoffer og negative indvirkninger på det nordatlantiske havliv. Resultaterne understøtter forudsigelser om, hvordan vores oceaner kan reagere på et skiftende klima – og hvad det betyder for havets liv.

Nordatlanten er et knudepunkt for biologisk aktivitet, i høj grad på grund af Golfstrømmen, som forsyner en rig strøm af næringsstoffer. Forskere har spekuleret i, at vores skiftende klima kan føre til et fald i næringsstoffer og biologisk aktivitet i Nordatlanten på grund af en svækkelse af havcirkulationen – men denne teori er tidligere kun blevet understøttet af modeller.

Nu, ved at studere sedimenter begravet ved Golfstrømmens oprindelse, har holdet gennemført en første af sin slags undersøgelse af virkningen af ​​et lignende klima-induceret fald for næsten 13.000 år siden, da Jorden forlod den sidste istid.

Avisen "A Diminished North Atlantic Nutrient Stream Under Younger Dryas Climate Reversal" blev udgivet i Science denne uge. Ledet af Jean Lynch-Stieglitz, professor ved School of Earth of Atmospheric Sciences ved Georgia Tech, inkluderede holdet også Lynch-Stieglitz' tidligere studerende:Tyler Vollmer, Shannon Valley og Eric Blackmon sammen med Sifan Gu (Jiao Tong University School) of Oceanography) og Thomas Marchitto (University of Colorado, Boulder).

"Forskningen tester et koncept, som tidligere kun er blevet udforsket i teori og modeller," siger Lynch-Stieglitz. "Den storstilede atlantiske væltende cirkulation giver de næringsstoffer, der ligger til grund for biologisk produktivitet i Nordatlanten."

Da strømmen forventes at fortsætte med at svækkes i løbet af det næste århundrede som følge af drivhusgasemissioner, forventer forskere, at Nordatlanten vil modtage færre og færre næringsstoffer.

"Dette koncept har implikationer i den virkelige verden for havenes og fiskeriets fremtidige sundhed," forklarer Lynch-Stieglitz. Påvirkningerne spænder fra et fald i fiskebestandene til potentielt at påvirke mængden af ​​CO₂ havet kan optage.

"De dramatiske klimaændringer, som Jorden har oplevet i fortiden, kan hjælpe os med at forstå, hvilke dele af Jordens system, der er sårbare over for ændringer, og hjælpe os med at evaluere ideer om virkningerne af de igangværende klimaændringer," tilføjer hun.

Et usandsynligt mysterium

Holdet studerede Younger Dryas, en periode under overgangen ud af den sidste istid, hvor der var en svækkelse af den atlantiske cirkulation. Ved at undersøge, hvordan næringsstrømmen ændrede sig, da cirkulationen tidligere blev svækket, håbede forskerne bedre at kunne forstå, hvad vi kan forvente af nutidens opvarmende have.

Holdet satte sig dog ikke i starten med dette mål i tankerne - arbejdet begyndte som et bachelor-forskningsprojekt med et spændende mysterium. Eric Blackmon, dengang en elev i Lynch-Stieglitz's laboratorium, var interesseret i at undersøge forsvinden af ​​en planktonart fra Nordatlanten under den sidste istid.

"Resultatet af denne undersøgelse var forvirrende," husker Lynch-Stieglitz. Holdet besluttede at bruge en sjældent brugt teknik for bedre at forstå resultaterne. Metoden til at rekonstruere havvandets iltkoncentration gav en usædvanlig klar registrering af, hvordan iltkoncentrationen i havvandet havde ændret sig gennem tiden.

"Vores team indså, at når den kombineres med en tidligere rekonstruktion af havvandskemi, gav teknikken nøgleoplysninger om historien og mekanismerne for tilførsel af næringsstoffer til Nordatlanten," siger Lynch-Stieglitz. "Vi satte os for at besvare et lille spørgsmål, og undervejs opdagede vi, at vores data har bredere implikationer, end vi havde forventet."

Smukke små skaller

Med denne nye teknik analyserede holdet lag af sediment i Florida-strædet, en smal passage mellem Florida Keys og Cuba, hvor Den Mexicanske Golf og Atlanterhavet mødes. Ved at bore ind i disse lag og tage en cylindrisk prøve "giver lagene af akkumulerende sedimenter en miljøhistorie på stedet," forklarer Lynch-Stieglitz. I dette tilfælde "så vi på, hvordan skallerne af encellede organismer kaldet foraminifera ændret sig med tiden." Fordi foraminifera lever på havbunden, samler deres skaller sig i hvert lag af sediment, og bevarer vigtige kemiske signaturer, som kan bruges til at rekonstruere kemien i det hav, hvor de opholdt sig.

"Det er ret fantastisk, at fortidens havkemi kan rekonstrueres så detaljeret ved hjælp af smukke, bittesmå skaller," siger Lynch-Stieglitz.

Forskningen viste, at under Younger Dryas, da den væltende cirkulation blev svækket, faldt næringsstofferne i Golfstrømmen, og mængden af ​​ilt i Florida-strædet steg. Holdet fandt også ud af, at når næringsstofstrømmen faldt, faldt mængden af ​​biologisk produktivitet i Nordatlanten også.

"Undersøgelsen repræsenterer en vigtig udvikling af den kulstofisotopbaserede proxy for tidligere iltkoncentrationer," siger Lynch-Stieglitz. "Recorden er meget ren, og størrelsen og timingen af ​​ændringerne i opløst ilt afspejles i en forbløffende grad i fosfatrekonstruktionen."

Ud over klimaet

Ud over disse resultater om, hvordan havet fungerer, er holdets undersøgelse af foraminifera giver også nye måder at forstå, hvordan næringsstoffer kredser rundt i havet, og hvordan vi undersøger dette. Disse vinduer til, hvordan Jordens oceaner ændrede sig i fortiden, giver et kritisk værktøj til at teste modeller, og lader os bedre forudsige, hvordan vores oceaner og de ressourcer, de leverer, kan reagere på klimaændringer i fremtiden.

"De fysiske ændringer i jordsystemet kan have dybtgående ændringer på livet i havet og vidtrækkende virkninger," bemærker Lynch-Stieglitz. "Klimaforandringer handler om mere end klima."

Flere oplysninger: Jean Lynch-Stieglitz et al., En formindsket nordatlantisk næringsstofstrøm under Younger Dryas klimavending, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi5543

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af Georgia Institute of Technology