ETH-onderzoekers hebben toevallig ontdekt dat wervelingen in de Golfstroom rijk zijn aan ijzer, en deze wervelingen transporteren deze essentiële micronutriënt naar de ijzerarme Noord-Atlantische gyre. Vóór deze ontdekking de typische veronderstelling was dat dit deel van de oceaan voornamelijk ijzer uit Saharastof ontving.

Minuscule zeedieren zoals cyanobacteriën hebben grote hoeveelheden sporenelementen zoals zink en ijzer nodig. In de wereldzeeën, echter, de laatste is vaak schaars. Dit geldt voor grote delen van de Noord-Atlantische Oceaan, vooral de grote Noord-Atlantische gyre tussen Noord-Amerika, de Canarische Eilanden, het Caribisch gebied en de Golfstroom.

Tot nu toe, onderzoekers gingen er gewoonlijk van uit dat stof uit de Sahara de enige belangrijke bron van ijzer was voor de Noord-Atlantische gyre. Nu hebben ETH-geochemici Tim Conway en Gregory de Souza een andere bron ontdekt:koude, ijzerrijk zeewater van de Noord-Amerikaanse continentale helling, die door meanders van de Golfstroom wordt opgevangen en naar de Noord-Atlantische gyre wordt gevoerd. Hun studie is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen .

Eddy's aan de oppervlakte

Deze "waterzakken" zijn zichtbaar aan het oppervlak van de oceaan als cirkelvormige wervelingen, waarvan de grootste een diameter van 200 kilometer hebben. Daaronder zijn cilindervormige kolommen die reiken tot 1, 000 meter, tegen de klok in om hun eigen as draaien. Ze gaan ongeveer twee jaar mee, gedurende welke tijd hun rotatie vertraagt ​​als ze zich vermengen met het water van de Noord-Atlantische gyre en het verrijken met ijzer. Een deel van de waterkolommen keert terug om te worden geabsorbeerd door de Golfstroom.

"De hoeveelheid ijzer uit deze bron is waarschijnlijk van dezelfde orde van grootte als die geleverd door Saharastof, aangezien er zich voortdurend wervelingen van de Golfstroom vormen, terwijl stofstormen meestal maar korte gebeurtenissen zijn, " zegt de Souza, Senior assistent bij het Instituut voor Geochemie en Petrologie aan de ETH Zürich.

Pure nieuwsgierigheid:"struikelen" over ijzerrijk water

de Souza en voormalig postdoc Conway (nu hoogleraar aan de Universiteit van Zuid-Florida) ontdekten de ijzerhoudende Golfstroom bij toeval. Puur uit nieuwsgierigheid, de twee onderzoekers onderzochten enkele recent gepubliceerde gegevens die waren verzameld tijdens een onderzoekscruise van de Noord-Amerikaanse kust naar Bermuda. Deze gegevens omvatten de concentraties van ijzer en zink opgelost in zeewater van het oppervlak tot de oceaanbodem.

Op een locatie dicht bij de Golfstroom, de ETH-onderzoekers merkten verhoogde ijzerconcentraties op in het oppervlak van de anders ijzerarme Noord-Atlantische gyre, waarden bereiken die vergelijkbaar zijn met die van kustwater. Ze realiseerden zich dat het onderzoeksschip had, geheel toevallig, bemonsterde een golfstroomwerveling die ijzer naar de voedselarme wateren van de Noord-Atlantische Oceaan transporteerde.

Kwantitatieve schattingen moeilijk

Om nauwkeuriger te beoordelen en te berekenen hoeveel ijzer op deze manier wordt geleverd, de ETH-onderzoekers namen contact op met hun collega Jaime Palter, Professor aan de Universiteit van Rhode Island en specialist in oceaancirculatie. Gregory de Souza legt uit:"Satellieten die de hoogte van het zeeoppervlak observeren, maken het mogelijk om wervelingen vanuit de ruimte te herkennen. Omdat het water erin dichter is dan de omringende oceaan, de wervelingen vormen oppervlaktedepressies die tot een meter onder de rest van het oceaanoppervlak liggen."

Uit haar analyse van de satellietgegevens, Palter stelde vast dat gemiddeld elk jaar splitsen zeven tot acht wervelingen zich af van de Golfstroom. Op basis hiervan, de drie onderzoekers konden inschatten hoeveel ijzer ze bij zich hadden, waarvan ze denken dat het ongeveer 15 procent is van het ijzer dat wordt geleverd door Saharastof.

Echter, het is moeilijk om de twee bronnen te vergelijken, aangezien de gegevens ontoereikend en enigszins tegenstrijdig zijn, zoals de Souza zegt:"Bovenal is het niet duidelijk hoeveel ijzer uit Saharastof daadwerkelijk oplost in zeewater." Het aandeel ijzer dat door de wervelingen van de Golfstroom aan de Noord-Atlantische gyre wordt geleverd, zou net zo goed 3 tot 75 procent van dat van stof kunnen zijn. Dit brede bereik maakt het onmogelijk om de relatieve bijdrage van ijzer uit de wervelingen van de Golfstroom in vergelijking met die van stof uit de Sahara nauwkeuriger te bepalen. "We hebben gegevens met een hogere ruimtelijke resolutie nodig als we de hoeveelheid ijzer uit de wervelingen nauwkeuriger willen berekenen, "De Souza zegt, "en we hebben ook een beter begrip nodig van welke parameters de oplosbaarheid van ijzer bepalen in stof dat aan het oceaanoppervlak wordt afgeleverd."

Sporenmetalen stimuleren biologische activiteit

Ijzer, zink en andere sporenmetalen zijn essentieel voor het voortbestaan ​​van plankton en andere microscopisch kleine bewoners van de open oceaan, zoals diatomeeën, algen of bacteriën. Vooral cyanobacteriën, die vooral overvloedig voorkomen in de Noord-Atlantische gyre, een sleutelrol spelen in de wereldwijde koolstof- en stikstofcyclus. Ze kunnen fotosynthese en stikstof uit de lucht fixeren, wat betekent dat ze de productiviteit in de oceaan stimuleren. Echter, om stikstof efficiënt te fixeren, ze hebben grote hoeveelheden ijzer nodig.

Wanneer oceaancirculatiepatronen veranderen, ook de verdeling van sporenelementen en voedingsstoffen verandert. "Daarom is het belangrijk voor ons om te weten waar het ijzer, zink en andere metalen komen uit, ", zegt De Souza. Hij erkent dat klimaatverandering de paden van grote oceaanstromingen kan beïnvloeden:"Op dit moment, we weten niet genoeg om te kunnen voorspellen welk effect dit zou kunnen hebben op sporenmetalen, en dus op de productiviteit in de oceanen."