De enorme subtropische "gyres - grote systemen van roterende stromingen in het midden van de oceanen - bedekken 40 procent van het aardoppervlak en worden lange tijd beschouwd als biologische woestijnen met gelaagde wateren die heel weinig voedingsstoffen bevatten om het leven in stand te houden.

Deze regio's worden ook als opmerkelijk stabiel beschouwd, toch hebben wetenschappers één anomalie gedocumenteerd in het Noord-Pacifische Subtropische Gyre-ecosysteem dat oceanografen al jaren in verwarring brengt:de chemie van de regio verandert periodiek, vooral niveaus van fosfor en ijzer, invloed op de algehele nutriëntensamenstelling en uiteindelijk op de biologische productiviteit.

In een nieuwe studie die deze week is gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , onderzoekers documenteren wat deze variaties veroorzaakt:veranderingen in de hoeveelheid ijzer die via stof uit Azië in de oceaan wordt afgezet.

"We weten nu dat deze gebieden waarvan men dacht dat ze onvruchtbaar en stabiel waren, eigenlijk behoorlijk dynamisch zijn, " zei Ricardo Letelier, een biogeochemicus en ecoloog van de Oregon State University, die in samenwerking met David Karl van de Universiteit van Hawaï deze studie leidde. "Omdat deze gebieden zo'n groot deel van het aardoppervlak beslaan, we moeten meer weten over hoe ze werken om beter te kunnen voorspellen hoe het systeem in de toekomst zal reageren op klimaatvariaties."

Het onderzoek richtte zich op de subtropische gyre in de noordelijke Stille Oceaan, en gebruikte drie decennia aan observatiegegevens van Station ALOHA door het Hawaii Ocean Time-serieprogramma, die wordt gefinancierd door de National Science Foundation.

De oppervlaktelaag van de Noord-Pacifische gyre wordt gekenmerkt door zeer helder water met nauwelijks voedingsstoffen. De buitengewone optische helderheid van deze wateren zorgt ervoor dat zonlicht diep in de waterkolom kan doordringen en fotosynthetische activiteit onder 100 meter (of 328 voet) ondersteunt.

Typisch, de bovenste waterkolom van de oceaan wordt bevrucht door voedselrijk water dat zich vanuit de diepte vermengt, maar deze wateren zijn zeer gelaagd en er vindt weinig vermenging plaats. Dieper water (honderden tot duizenden meters onder het oppervlak) is verrijkt met voedingsstoffen door de ontbinding van de overblijfselen van kleine organismen die groeiden en de schaarse voedingsstoffen in de oppervlaktelagen oogstten voordat ze naar de zeebodem zonken.

Zowel fosfor als ijzer zijn belangrijke componenten voor het leven en de onderzoekers merkten op dat de niveaus van die voedingsstoffen in de oppervlaktewateren van de noordelijke Stille Oceaan aanzienlijk veranderden tijdens de drie decennia van het onderzoek.

Letelier zei dat het team deze veranderingen kon relateren aan de ijzerinput van Aziatisch stof - een combinatie van de verwoestijning van dat continent, met verbranding, vooral bosbranden en fabrieksoutput en de windpatronen over de noordelijke Stille Oceaan - die verantwoordelijk waren voor de variantie en die verschillende hoeveelheden voedingsstoffen leverden om het leven in stand te houden.

En een sleutel tot die variantie is de Pacific Decadale Oscillatie, een relatie tussen de oceaan en de atmosfeer die varieert tussen zwakke en sterke fasen van atmosferische druk in de noordoostelijke Stille Oceaan. In jaren waarin de lage druk verzwakt, winden uit Azië worden sterker, ga meer naar het zuiden, en breng meer stof, het bemesten van de oceaan rond Station ALOHA. Als de druk toeneemt, het tegenovergestelde gebeurt.

Sterke wind kan aanzienlijke hoeveelheden ijzer meebrengen, waardoor organismen kunnen groeien en alle fosfor in de bovenste lagen van de oceaan kunnen gebruiken. Echter, omdat het meeste ijzer niet oplosbaar is, diepe wateren zijn verrijkt met fosfor ten opzichte van ijzer. Vandaar, als de wind zwakker is, er is weinig ijzertoevoer om overtollig fosfor te bemesten en te verwijderen in de bovenste lagen die door diepwatermenging kunnen worden geïntroduceerd.

"Soms zijn er periodes van 5-6 jaar fosforverrijking, en dan zijn er periodes waarin het overschakelt, "Zei Letelier. "Van 2000 tot 2007, er was bijna geen fosfor. We hebben enkele veranderingen gezien in de functie van het ecosysteem, maar we hebben nog geen significante veranderingen in de biologische samenstelling gezien. Ze komen misschien; het is te vroeg om te zeggen."

Terwijl de Artic opwarmt, de wetenschappers zeggen dat ze op lange termijn veranderingen in windpatronen in de noordelijke Stille Oceaan verwachten. In aanvulling, de evolutie van landgebruik en vervuiling als gevolg van antropogene activiteit in Azië zal van invloed zijn op de bronnen en de omvang van ijzer en andere voedingsstoffen die door de wind over de oceaan worden vervoerd.

Hoe deze veranderingen het transport van ijzerrijk stof naar de oostelijke Stille Oceaan en de productiviteit in dit uitgestrekte oceaangebied zullen beïnvloeden, blijft een open vraag.