Toen de vulkaan Kīlauea in 2018 uitbarstte, het injecteerde miljoenen kubieke voet gesmolten lava in de voedselarme wateren van het Grote Eiland Hawaï. Het door lava aangetaste zeewater bevatte hoge concentraties voedingsstoffen die de groei van fytoplankton stimuleerden, wat resulteerde in een uitgebreide pluim van microben die detecteerbaar was met de satelliet.

Een studie geleid door onderzoekers van de University of Hawai'i (UH) in Mānoa en University of Southern California (USC) en vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap bleek dat deze biologische respons afhangt van onverwacht hoge nitraatconcentraties, ondanks de verwaarloosbare hoeveelheid stikstof in basaltlava. Het onderzoeksteam stelde vast dat nitraat naar de oppervlakte van de oceaan werd gebracht toen de hitte van de substantiële invoer van lava in de oceaan voedselrijke diepe wateren opwarmde en ervoor zorgde dat ze opkwamen. de zonovergoten laag van voedingsstoffen te voorzien.

Na het observeren van de fytoplanktonbloei in satellietbeelden, het UH Mānoa Center for Microbial Oceanography:Research and Education (C-MORE) organiseerde van 13 tot 17 juli een oceanografische expeditie met snelle respons op UH-onderzoeksschip Ka'imikai-O-Kanaloa, 2018 - midden in de activiteit van Kilauea. Het team voerde 24 uur per dag operaties uit in de buurt van het gebied waar de lava binnenkomt om de waterchemie en de biologische reactie op de dramatische gebeurtenis te testen.

Co-lead auteurs Sam Wilson bij C-MORE en Nick Hawco, een USC-onderzoeker die in januari 2020 de afdeling Oceanografie van UH Mānoa vervoegt, testte de hypothese dat lava en vulkanisch stof micro-organismen zouden stimuleren die worden beperkt door fosfaat of ijzer, dat zijn chemicaliën die in lava worden aangetroffen.

Zoals later bleek, omdat er zoveel lava in het water was, het opgeloste ijzer en fosfaat gecombineerd tot deeltjes, waardoor die voedingsstoffen niet beschikbaar zijn voor microben. Verder, diep, verwarmd zeewater werd drijvend en bracht nitraat omhoog waardoor andere klassen fytoplankton tot bloei kwamen.

Het is mogelijk dat dit mechanisme in het verleden heeft geleid tot soortgelijke oceaanbevruchtingsgebeurtenissen in verband met de vorming van de Hawaiiaanse eilanden en andere belangrijke vulkaanuitbarstingen, suggereren de auteurs. Afhankelijk van hun locatie, aanhoudende uitbarsting op deze schaal zou ook een grote stroom nitraat uit de diepe oceaan kunnen vergemakkelijken en de oceaancirculatie op grotere schaal kunnen verstoren, biologie en scheikunde.

"De expeditie in juli 2018 bood een unieke kans om uit de eerste hand te zien hoe een enorme toevoer van externe voedingsstoffen mariene ecosystemen verandert die nauwkeurig zijn afgestemd op omstandigheden met weinig voedingsstoffen, " zei Wilson. "Ecosysteemreacties op zo'n substantiële toevoeging van voedingsstoffen worden zelden in realtime waargenomen of bemonsterd. UH heeft een sterke traditie van niet alleen vulkanisch onderzoek, maar ook kijkend naar de effecten ervan op de omgeving, zoals de oceaan, grondwater, atmosfeer. Dit laatste stuk onderzoek verbetert ons begrip van lava-zeewater-interacties binnen de veel bredere context van land-oceaanverbindingen."

"Wetenschap is een teamsport, " zei Dave Karl, senior auteur en co-directeur van de UH Mānoa Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology (SCOPE). "SCOPE legt de nadruk op samenwerking, waar wetenschappers met complementaire vaardigheden samenkwamen om dit unieke, interdisciplinair project."

In de toekomst, het team hoopt de nieuw gevormde vijvers op de bodem van de Halema'uma'u-krater te bemonsteren en de interacties tussen lava en zeewater in het laboratorium verder te onderzoeken.