Opwelling in de oostelijke equatoriale Stille Oceaan levert essentiële voedingsstoffen voor de microscopische planten in de regio, maar ijzer – een belangrijk ingrediënt dat de stikstofconsumptie faciliteert – is schaars. Compenseren, de fytoplanktonband samen om het schaarse metaal te recyclen en vast te houden in hun habitat in de bovenzee, wetenschappers van de Universiteit van Californië, Irvine heeft ontdekt.

"Al decenia, oceanografen hebben de vitale, bevruchtende rol die ijzer speelt in het oceaanmilieu, " zei Patrick Rafter van de UCI, hoofdauteur van een recente studie in Natuurcommunicatie . "Waterplanten nemen geen stikstof op in afwezigheid van het metaal, wat een beperkende factor is in hun voortplanting en groei." Hij zal zijn bevindingen vandaag presenteren op de 2018 American Geophysical Union Ocean Sciences Meeting.

Dit inzicht is belangrijk, volgens Rafter, een assistent-projectwetenschapper in Aardsysteemwetenschap, omdat deze organismen helpen het mondiale klimaat te reguleren door atmosferische kooldioxide in de oceaan te trekken. Maar er zijn bepaalde voorwaarden nodig om dat proces te laten plaatsvinden.

"Er is heel weinig ijzer dat het ecosysteem binnenkomt in dit deel van de wereld, wat heel anders is dan wat we in de Atlantische Oceaan zien, met enorme hoeveelheden metaalhoudend stof uit de Sahara dat eroverheen waait, " zei co-auteur Katherine Mackey, UCI Clare Boothe Luce Universitair docent aardsysteemwetenschap. "En op hetzelfde moment, je hebt opwelling, gedreven door oceaancirculatie en wind, die zeer stikstofrijk water naar de oppervlakte brengt."

De waargenomen productiviteit van fytoplankton in de Stille Oceaan te midden van deze onevenwichtige nutriënten heeft oceanografen lang in verwarring gebracht.

Zoeken naar geochemische aanwijzingen om stikstofverbruik en plantengroei in ijzerarme wateren te verklaren, Rafter analyseerde sedimentkernen van een miljoen jaar oud, en hij verzamelde watermonsters aan boord van een onderzoeksschip honderden mijlen ten westen van de Galapagos-eilanden.

Dit gaf de beginnende oceanograaf inzicht in de hoeveelheid stikstof die wordt opgenomen door fytoplankton, die de basis vormen van het oceaanvoedselweb. "Maar ik kwam op het punt dat ik zei:'Wacht even - ijzer is echt het ding, '" zei hij. "Het maakt niet uit hoe ik de berekeningen bakte, Ik kon het stikstofverbruik niet verklaren op basis van het ijzer dat aan het systeem wordt geleverd."

Rafter overlegde met Mackey, die input en numerieke hulpmiddelen heeft geleverd om het probleem op te lossen. Verpletterende differentiaalvergelijkingen in wat ze een "boxmodel" noemden, "De wetenschappers concludeerden dat het fytoplankton een strategie moet gebruiken om ijzer in de bovenste oceaan te houden.

"Als we zeggen dat ijzer efficiënter in het systeem wordt gerecycled dan andere elementen, het klinkt niet zo groot, diepgaande verklaring, maar voor degenen onder ons die deze gemeenschappen hebben bestudeerd, het is eigenlijk een heel belangrijk inzicht in hoe het systeem werkt, hoe het mariene plantenleven functioneert in de oceaan, " zei Rafter. "Deze microbiële gemeenschap heeft een manier bedacht om zichzelf te bevruchten met ijzer."

De paper legt veel nadruk op de biologische en chemische processen van stikstof, ijzer- en CO2-opname, maar de onderzoekers concentreerden zich ook op de basisfysica die betrokken is bij de veranderende patronen van oceaancirculatie en opwelling in de loop van de tijd, die van invloed zijn op bredere milieukwesties.

"Wat gebeurt er in een decennium of een eeuw of een miljoen jaar?" zei Rafter. "Ons model bewijst dat als je de snelheid verandert waarmee water naar de oppervlakte wordt gebracht, je kunt rekening houden met meer of minder ijzerrecycling en zelfbevruchting door fytoplankton. En dan krijg je meer stikstofverbruik en, uiteindelijk, meer van deze plantengroei die de verdeling van koolstofdioxide tussen oceaan en atmosfeer kan beïnvloeden - wat van invloed is op het wereldwijde klimaat."