Onderzoekers van Stanford University zeggen dat ze een waterweg hebben gevonden die voedingsstoffen uit de buik van de aarde naar het oppervlaktewater voor de kust van Antarctica laat stromen en de explosieve groei van microscopisch kleine oceaanalgen stimuleert.

hun studie, gepubliceerd op 5 juni in het tijdschrift Natuurcommunicatie , suggereert dat hydrothermale ventilatieopeningen - openingen in de zeebodem die verschroeiende hete stromen mineraalrijke vloeistof gutsen - het leven in de buurt van het oceaanoppervlak en de wereldwijde koolstofcyclus meer kunnen beïnvloeden dan eerder werd gedacht.

Mathieu Ardyna, een postdoctoraal wetenschapper en de hoofdauteur van de studie, zei dat het onderzoek het eerste waargenomen bewijs levert dat ijzer uit de diepten van de Zuidelijke Oceaan normaal anemische oppervlaktewateren verandert in hotspots voor fytoplankton - de kleine algen die het mariene voedselweb in stand houden, trekken warmtevasthoudende koolstofdioxide uit de lucht en produceren een enorme hoeveelheid zuurstof die we inademen. "Onze studie toont aan dat ijzer uit hydrothermale bronnen kan opwellen, reis over honderden kilometers open oceaan en laat fytoplankton gedijen op een aantal zeer onverwachte plaatsen, " hij zei.

Kevin Arrigo, een professor in aardsysteemwetenschap en senior auteur van het artikel, noemde de bevindingen "belangrijk omdat ze laten zien hoe nauw verbonden de diepe oceaan en de oppervlakte-oceaan kunnen zijn."

Mysterieuze bloemen

Fytoplankton heeft ijzer nodig om te gedijen, en dat beperkt hun overvloed in uitgestrekte delen van de oceaan waar de concentraties van de voedingsstof laag zijn. Maar als de omstandigheden goed zijn, fytoplankton kan ook explosief groeien, bloeiend over duizenden vierkante mijlen in een kwestie van dagen.

Dat is wat Ardyna onlangs opmerkte toen hij keek naar gegevens die in 2014 en 2015 werden geregistreerd door een vloot van drijvende robots uitgerust met optische sensoren in de Zuidelijke Oceaan. meer dan 1, 300 mijl uit de kust van Antarctica en 1, 400 mijl van het Afrikaanse continent, twee onverwacht grote bloemen verschenen in een gebied dat bekend staat om ernstige ijzertekorten en lage concentraties chlorofyl, een indicator van fytoplanktonpopulaties.

Massale bloei in deze regio zou alleen mogelijk zijn met een instroom van ijzer. Ardyna en Arrigo sloten snel de meest voorkomende bronnen van de oceaan uit, inclusief continentaal plat, smeltend zee-ijs en atmosferisch stof, die gewoon te ver weg waren om veel invloed te hebben.

Dat deed hen vermoeden dat de voedingsstof van onderaf moet opwellen, mogelijk van een reeks hydrothermale openingen die zich op een mid-oceanische rug bevinden op 750 mijl van waar de enorme bloemen op onverklaarbare wijze waren verschenen. Om hun hypothese te testen, ze rekruteerden een internationaal team van medewerkers die gespecialiseerd zijn in verschillende aspecten van oceanografie en modellering.

"Het is al lang bekend dat hydrothermale ventilatieopeningen unieke en diepe oases van leven creëren, " zei Ardyna. Tot voor kort, wetenschappers geloofden over het algemeen dat die voedende effecten redelijk lokaal bleven. Maar een groeiende hoeveelheid bewijs uit computersimulaties van oceaandynamiek heeft gesuggereerd dat ijzer en andere levensondersteunende elementen die uit hydrothermale ventilatieopeningen worden gespuwd, in feite de planktonbloei over veel grotere gebieden kunnen voeden.

Echter, directe metingen ontbreken.

In de Zuidelijke Oceaan, dat komt deels door de afgelegen locatie, extreem koude en ruwe zeeën, die het moeilijk maken om van dichtbij te bestuderen of nauwkeurige gegevens te verzamelen. "Je sensoren moeten op het juiste moment op de juiste plaats zijn om deze bloemen te zien, "Zei Ardyna. "Satellieten kunnen de intensiteit onderschatten of ze helemaal missen vanwege slechte dekking of sterke vermenging van de waterkolom, die fytoplankton te diep naar beneden duwt voor satellieten om te zien."

Aanwijzingen uit de ruimte, drijvende robots

Om de stroom van deeltjes uit de ventilatieopeningen op de mid-oceanische rug te volgen, de wetenschappers analyseerden gegevens van satellieten die chlorofyl meten en van autonome, sensor beladen boeien bekend als Argo drijft. Terwijl ze duiken en drijven langs oceaanstromingen, sommige van deze boeien detecteren chlorofyl en andere proxies voor fytoplanktonbiomassa. "De drijvers geven ons kostbare en unieke gegevens, beslaat een groot deel van de waterkolom tot 1, 000 meter diep gedurende een hele jaarcyclus, ' zei Ardyna.

De wetenschappers konden ijzer in het water niet direct meten, maar analyseerde in plaats daarvan metingen van helium verzameld door wetenschappelijke cruises in de jaren negentig. De aanwezigheid van helium signaleert wateren die worden beïnvloed door hydrothermale bronnen, die grote hoeveelheden oerhelium van onder de aardkorst afvoeren.

Het chlorofyl, fytoplankton- en heliumgegevens suggereren dat een krachtige stroom die rond Antarctica cirkelt, voedingsstoffen grijpt die opstijgen uit ventilatieopeningen. Twee turbulente, snel bewegende takken van de stroming brengen de voedingsstoffen vervolgens een maand of twee naar het oosten voordat ze ze als een banket serveren aan ondervoed fytoplankton. Samen met de komst van de lentezon die fytoplankton nodig heeft voor fotosynthese, de levering veroorzaakt een enorme bloei die waarschijnlijk aanzienlijke hoeveelheden koolstof uit de atmosfeer kan absorberen en opslaan, zei Arrigo, die ook de Donald en Donald M. Steel Professor in Earth Sciences is.

Overuren, de bloemen drijven oostwaarts in de richting van de stroming die rond Antarctica raast en vervagen als zeedieren ze verslinden. "We vermoeden dat deze hotspots ofwel worden geconsumeerd of geëxporteerd naar diepe wateren, ' zei Ardyna.

Elke bloei duurt iets meer dan een maand, maar de mechanismen die ze veroorzaken, komen waarschijnlijk vaker voor in de mondiale oceaan dan wetenschappers eerder vermoedden.

"Hydrothermische ventilatieopeningen zijn verspreid over de oceaanbodem, "Zei Ardyna. Weten over de paden die hun voedingsstoffen naar het oppervlaktewater brengen, zal onderzoekers helpen nauwkeurigere berekeningen te maken over de stroom van koolstof in de oceanen van de wereld. "Er moet nog veel worden gedaan om andere potentiële hotspots te onthullen en te kwantificeren hoe dit mechanisme is het veranderen van de koolstofcyclus."