Toen de vulkaan Kilauea op Hawaï in 2018 uitbarstte, het vernietigde zo'n 700 huizen en stuurde honderden miljoenen tonnen lava in de oceaan, het creëren van golvende wolken en explosies langs de kust. Spoedig, satellietbeelden onthulden dat er nog iets anders aan de hand was:schijnbare enorme bloemen van marien fytoplankton die opdoken. dat juli, een team van wetenschappers vertrok gedurende enkele dagen in een onderzoeksschip om het water te bewaken en de klok rond monsters te nemen, in een poging te begrijpen wat er gebeurde. Hun werkhypothese:de stijgende lava leverde minerale voedingsstoffen aan de relatief voedselarme wateren, de bloei aanwakkeren. Maar, zoals verteld in een studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap deze week, ze hadden het mis. Er was een voorheen onvermoed mechanisme aan het werk, een met bredere implicaties voor hoe mariene biologische processen werken.

Fytoplankton zijn eencellige fotosynthetische algen die de basis vormen van het mariene voedselweb. Ze spelen ook een sleutelrol bij het reguleren van het mondiale klimaat, omdat ze enorme hoeveelheden koolstof opnemen, waarvan een deel naar de bodem zinkt wanneer het fytoplankton sterft. Echter, hun groei is in veel regio's beperkt, omdat het water niet genoeg essentiële voedingsstoffen bevat om rond te gaan. Het veldteam, geleid door wetenschappers van de Universiteit van Hawaï en de Universiteit van Zuid-Californië, nam aanvankelijk aan dat de bloei plaatsvond omdat vulkanisch stof en lava, rijk aan voedingsstoffen zoals ijzer en fosfaat, was het aan het voeden.

Directe observaties en latere analyses toonden aan dat dit niet het geval was. Voor een, ijzer en fosfaat kwamen inderdaad in het water terecht, maar niet in vormen die beschikbaar zijn voor gebruik door het fytoplankton; ze klonterden samen tot deeltjes die de organismen niet konden opnemen. Aan de andere kant, het water werd plotseling beladen met nitraat - een voedingsstof die hier normaal niet aan de oppervlakte wordt gevonden, en die praktisch niet bestaat in lava. Waar kwam het nitraat vandaan, en gebruikte het fytoplankton het?

Normaal gesproken, wetenschappers zouden verwachten dat de wateren rond Hawaï gedomineerd worden door extreem kleine soorten, picoplankton genaamd, waarvan de groei wordt beperkt door de overvloed aan ijzer en fosfaat. Maar de samenstelling van de organismen was drastisch veranderd; de dominante soorten waren nu groter fytoplankton, diatomeeën genaamd. Monsters van fytoplankton werden naar Sonya Dyhrman gestuurd, een biologische oceanograaf aan de Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University. Zij en Lamont associate research scientist Matthew Harke analyseerden hun metabolisme en ontdekten dat de diatomeeën krachtig reageerden op toegevoegd nitraat.

"Het is echt opwindend om te zien hoe een snel reagerend team van wetenschappers samenwerkt om een ​​mysterie op te lossen, " zei Dyhrman. "We konden onze analyse gebruiken om te bevestigen dat nitraat hier een belangrijk onderdeel van het verhaal was, waar we hadden gedacht dat het ijzer of fosfaat zou zijn."

Het team gelooft nu dat ze een bevruchtingsmechanisme hebben geïdentificeerd waar niemand eerder aan had gedacht. Ze zeggen dat lava die in de oceaan stroomde de pot in beweging zette, duiken tot 1, 000 voet onder het oppervlak. Daar beneden in de koele diepten, nitraat van dode organismen heeft de neiging zich te verzamelen, en blijf daar meestal. Maar de lava verwarmde het water, waardoor het snel opwelt. Zodra het opwellende water de zone raakt waar het zonlicht doordringt, nitraat-hongerige diatomeeën profiteerden en vermenigvuldigden zich snel. Een bevestiging van dit idee:kort nadat de uitbarsting stopte, de algenbloei nam af.

Vulkanoloog Terry Plank en biologische oceanograaf Hugh Ducklow, beide ook in Lamont-Doherty, schreef een commentaar bij het onderzoek. In het, ze zeggen dat niemand eerder had onderzocht of uitbarstingen zo'n rol zouden kunnen spelen in mariene ecosystemen. Nog, de oceanen zijn bezaaid met vulkanische eilanden en onderzeese vulkanen, waaronder waarschijnlijk vele die nog niet zijn ontdekt. Zouden deze de eb en vloed van fytoplankton en het bredere voedselweb op onvermoede manieren kunnen beïnvloeden? Onder andere, ze zeggen, van vulkaanuitbarstingen is bekend dat ze koolstofdioxide aan de atmosfeer bijdragen, maar met de nieuwe ontdekking, het lijkt mogelijk dat ze dit gedeeltelijk compenseren door de groei van fytoplankton te stimuleren die een deel van de koolstof terugneemt. Plank en Ducklow speculeren dat andere voorbijgaande verschijnselen zoals orkanen ook een vergelijkbare rol kunnen spelen door voedselrijk water van de diepten naar de oppervlakte te roeren.

De uitbarsting en het vermogen om het in realtime te bestuderen "biedden een unieke kans om uit de eerste hand te zien hoe een enorme invoer van externe voedingsstoffen mariene ecosystemen verandert, " zei hoofdauteur Sam Wilson van de Universiteit van Hawaï.