Eeuwenlang, pelagische Sargassum, drijvend bruin zeewier, zijn gegroeid in laagvoedende wateren van de Noord-Atlantische Oceaan, ondersteund door natuurlijke voedingsbronnen zoals uitscheidingen van vissen en ongewervelde dieren, opwelling en stikstofbinding. Gebruikmakend van een unieke historische basislijn uit de jaren tachtig en deze vergelijken met monsters die sinds 2010 zijn verzameld onderzoekers van het Harbor Branch Oceanographic Institute van Florida Atlantic University en medewerkers hebben dramatische veranderingen ontdekt in de chemie en samenstelling van Sargassum, het transformeren van dit levendige levende organisme in een giftige 'dode zone'.

Hun bevindingen, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , suggereren dat een verhoogde stikstofbeschikbaarheid uit natuurlijke en antropogene bronnen, inclusief riolering, ondersteunt de bloei van Sargassum en verandert een kritieke kraamkamer in schadelijke algenbloei met catastrofale gevolgen voor kustecosystemen, economieën, en menselijke gezondheid. wereldwijd, schadelijke algenbloei houdt verband met een verhoogde vervuiling door nutriënten.

De studie, onder leiding van FAU Harbor Branch, in samenwerking met de Universiteit van Zuid-Florida, Oceanografische instelling Woods Hole, de Universiteit van Zuid-Mississippi, en de staatsuniversiteit van Florida, is ontworpen om de effecten van stikstof- en fosfortoevoer op Sargassum beter te begrijpen. Onderzoekers gebruikten een basislijnweefselgegevensset van koolstof (C), stikstof (N) en fosfor (P) en molaire C:N:P-verhoudingen uit de jaren 80 en vergeleken met recentere monsters verzameld sinds 2010.

De resultaten tonen aan dat het percentage weefsel N significant toenam (35 procent) gelijktijdig met een afname van het percentage fosfor (42 procent) in Sargassum-weefsel van de jaren tachtig tot de jaren 2010. De samenstelling van de elementen varieerde aanzienlijk tijdens de langetermijnstudie, net als de C:N:P-verhoudingen. Opmerkelijk, de grootste verandering was de stikstof:fosforverhouding (N:P), die aanzienlijk toenam (111 procent). Koolstof:fosforverhoudingen (C:P) namen ook op dezelfde manier toe (78 procent).

"Gegevens uit onze studie ondersteunen niet alleen een primaire rol voor fosforbeperking van productiviteit, maar suggereert ook dat de rol van fosfor als beperkende voedingsstof wordt versterkt door de relatief grote toename van de stikstoftoevoer vanuit het milieu door terrestrische afvoer, atmosferische ingangen, en mogelijk andere natuurlijke bronnen zoals stikstofbinding, " zei Brian Lapointe, doctoraat, senior auteur, een vooraanstaand expert op het gebied van Sargassum en een onderzoeksprofessor aan de FAU Harbor Branch.

In totaal zijn 488 weefselmonsters van Sargassum verzameld tijdens verschillende onderzoeksprojecten en cruises in het Noord-Atlantische bekken tussen 1983-1989 en meer recentelijk tussen 2010-2019, en omvatte seizoensgebonden bemonstering voor de kust van Looe Key-rif in de lagere Florida Keys (1983 en 1984) en een bredere geografische bemonstering (1986 en 1987) voor de kust van de Florida Keys, Golfstroom (Miami, Charleston en Cape Fear), en Belize, Centraal Amerika. Oceanische stations omvatten de noordelijke, centrale en zuidelijke Sargassozee.

Het hoogste percentage weefsel N kwam voor in kustwateren die werden beïnvloed door stikstofrijke terrestrische afvoer, terwijl lagere C:N- en C:P-verhoudingen voorkwamen in de winter en het voorjaar tijdens piekrivierafvoeren. Het totale bereik voor N:P-verhoudingen was 4,7 tot 99,2 met de hoogste gemiddelde waarde in de westelijke baai van Florida (89,4), gevolgd door locaties in de Golf van Mexico en het Caribisch gebied. De laagste N:P-ratio's werden waargenomen in de oostelijke Caraïben bij St. Thomas (20,9) en Barbados (13,0).

Door antropogene emissies van stikstofoxiden (NO _x ), de nee _x de depositiesnelheid is ongeveer vijf keer groter dan die van pre-industriële tijden, grotendeels als gevolg van energieproductie en verbranding van biomassa. De productie van kunstmeststikstof is vertienvoudigd, terwijl die van fosfaat sinds de jaren tachtig is verdrievoudigd, wat heeft bijgedragen aan een wereldwijde toename van N:P-verhoudingen. Opmerkelijk, 85 procent van alle synthetische stikstofmeststoffen is gemaakt sinds 1985, dat was kort nadat de baseline Sargassum-bemonstering in Looe Key in 1983 begon.

"Over zijn brede verspreiding, de nieuw gevormde Grote Atlantische Sargassumgordel kan worden ondersteund door stikstof- en fosforinvoer uit verschillende bronnen, waaronder lozingen uit Congo, Amazone en Mississippi rivieren, opwelling voor de kust van Afrika, verticaal mengen, equatoriale opwelling, atmosferische afzetting van Saharastof, en biomassaverbranding van vegetatie in Centraal- en Zuid-Afrika, ' zei Lapointe.

Satellietgegevens op lange termijn, numerieke deeltjesvolgmodellen, en veldmetingen geven aan dat de Grote Atlantische Sargassumgordel sinds 2011 jaarlijks terugkeert en zich uitbreidt tot 8, 850 kilometer van de westkust van Afrika tot de Golf van Mexico, piek in juli 2018.

"Gezien de negatieve effecten die de Grote Atlantische Sargassumgordel heeft op de kustgemeenschappen van Afrika, de Caraïben, Golf van Mexico en Zuid-Florida, er is dringend meer onderzoek nodig om de maatschappelijke besluitvorming met betrekking tot mitigatie en aanpassing van de verschillende terrestrische, oceanisch, en atmosferische drijfveren van de Sargassum-bloei, ' zei Lapointe.

Sargassum-verwijdering van de stranden van Texas tijdens eerdere, minder ernstige overstromingen werden geschat op $ 2,9 miljoen per jaar en alleen al in Florida's Miami-Dade County schatte de recente verwijderingskosten op $ 45 miljoen per jaar. De schoonmaak in het hele Caribisch gebied in 2018 kostte 120 miljoen dollar, waarin de verminderde inkomsten uit verloren toerisme niet zijn meegerekend. De strandingen van Sargassum hebben ook gevolgen voor het leven in zee en veroorzaken ademhalingsproblemen door het verval en andere gezondheidsproblemen, zoals verhoogde fecale bacteriën.

"Menselijke activiteiten hebben de wereldwijde koolstof sterk veranderd, stikstof, en fosforcycli, en stikstofinvoer wordt nu beschouwd als 'hoog risico' en boven een veilige planetaire grens, " zei Lapointe. "Op basis van wetenschappelijk onderzoek, bevolkingsgroei en veranderingen in landgebruik hebben sinds ten minste de jaren vijftig de stikstofvervuiling en de achteruitgang van estuaria en kustwateren doen toenemen. Ondanks een afname van de stikstofbelasting in sommige kuststroomgebieden, N:P-ratio's blijven in veel rivieren hoog in vergelijking met historische waarden. De trend naar hogere N:P-ratio's in de grote rivieren in het Atlantische bekken loopt parallel met de verhoogde N:P-ratio's die we nu in Sargasum zien."