Πώς το φυτοπλαγκτόν μπορεί να φέρει Εποχή των Παγετώνων, Iron Fertilization Helped Plankton Thrive During The Last Ice Age

Σκόνη από τη Νότιο Αμερική (η κοκκινωπή ροή στα αριστερά) μεταφέρεται με τον άνεμο και λιπαίνει τους ωκεανούς. A team of researchers led by scientists at Princeton University and ETH Zurich have confirmed that dust brought iron to the Subantarctic zone in the northern part of the Southern Ocean. This region lies in the path of the winds that blow off South America, South Africa and Australia. During the last ice age, an increase in the supply of dust to the Subantarctic region fertilized the ocean, stimulating marine productivity and causing nitrogen to be drawn down to low levels. The associated increase in the efficiency of carbon sequestration into the deep ocean can explain part of the atmospheric CO2 decrease observed during the last ice age. The image shows the emission and transport of dust and other important aerosols to the Southern Ocean on Dec. 30, 2006. Dust is represented with orange to red colors, sea salt with blue, organic and black carbon with green to yellow, and sulfates with ash brown to white. In the image, a plume of dust has been emitted from southern South America and is being transported eastward over the Subantarctic Atlantic Ocean. Credit: Image courtesy of William Putman and Arlindo da Silva, NASA/Goddard Space Flight Center

Έρευνα στα ιζήματα του βυθού έξω από τη Νότιο Αφρική δείχνει να επιβεβαιώνει τις υποψίες για το ρόλο του φυτοπλαγκτού στο παγκόσμιο κλίμα: σίδηρος και άλλα θρεπτικά συστατικά που μεταφέρονται με τον άνεμο από την ξηρά στους ωκεανούς μπορούν να προκαλέσουν εκρηκτική αύξηση των μονοκύτταρων φυτών, τα οποία με τη σειρά τους απορροφούν το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και ρίχνουν τη θερμοκρασία του πλανήτη.

Η μεταφορά

Nitrogen is a critical building block for marine algae, yet the plankton in the Southern Ocean north of Antarctica leave much of it unused partly because they lack another needed nutrient, iron. The late John Martin hypothesized that dust-borne iron carried to the region by winds during ice ages may have fertilized the marine algae, allowing more of the Southern Ocean nitrogen to be used for growth and thus drawing CO2 into the ocean. To confirm Martin's hypothesis, the researchers measured isotopes of nitrogen in a sediment sample collected from a site that lies within the path of the winds that deposit iron-laden dust in the Subantarctic zone of the Southern Ocean (labeled ODP Site 1090). They found that the ratios of the types of nitrogen in the sample coincided with the predictions of Martin's hypothesis. The colors indicate simulated ice-age dust deposition from low to high (blue to red). The black contour lines show the concentrations of nitrate (a form of nitrogen) in modern surface waters. (Image courtesy of Alfredo Martínez-García of ETH Zurich and Science/AAAS)

Η τελευταία μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science», δείχνει ότι η μεταφορά σιδήρου και άλλων θρεπτικών συστατικών μέσω των ανέμων μπορεί να επιταχύνει τη μετάβαση του πλανήτη σε παγετώδεις περιόδους. Η λίπανση της θάλασσας με σίδηρο έχει εξάλλου προταθεί ως μέθοδος γεωμηχανικής για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής.

Η ιδέα ότι η θρεπτική σκόνη που φτάνει στους ωκεανούς τροφοδοτεί το φυτοπλαγκτό προτάθηκε τη δεκαετία του 1980, μέχρι σήμερα όμως οι ενδείξεις ήταν λιγοστές. Διεθνής ερευνητική ομάδα παρουσιάζει τώρα τα αποτελέσματα των μετρήσεων σε ιζήματα που ανασύρθηκαν από το βυθό έξω από τη νοτιοδυτική ακτή της Νοτίου Αφρικής.

Οι ερευνητές μέτρησαν το ρυθμό απόθεσης ιζημάτων, καθώς το άζωτο στα οργανικά υλικά των ιζημάτων, το οποίο είναι βασικό θρεπτικό συστατικό για το φυτοπλαγκτό και θεωρείται δείκτης μικροβιακής δραστηριότητας: όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία αζώτου στα δείγματα, τόσο πλουσιότερα πρέπει να ήταν τα νερά σε μικροοργανισμούς όταν αποτέθηκαν τα ιζήματα.

Σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα της ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα-14, οι ερευνητές μπόρεσαν να σχηματίζουν μια εικόνα για τις μεταβολές στους πληθυσμούς του φυτοπλαγκτού τα τελευταία 160.000 χρόνια.

Η σχέση

Microscopic image of a live planktonic foraminifera species Globigerina bulloides. A team led by Princeton and ETH Zurich researchers analyzed the organic nitrogen trapped within the walls of the fossil shells of this organism in order to reconstruct past ocean nutrient changes. For scale, the spines radiating away from the shell are 1 to 1.5 millimeters long. (Photo courtesy of Howard Spero, University of California-Davis)

Πράγματι, η ανάλυση αποκάλυψε μια στενή σχέση ανάμεσα στο ρυθμό απόθεσης σκόνης, τη βιολογική παραγωγικότητα και το ποσό του αζώτου στα δείγματα. Η σχέση αυτή ήταν εμφανής στη διάρκεια των τελευταίων δύο παγετωδών περιόδων, καθώς και σε άλλες περιόδους χαμηλών θερμοκρασιών.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι, σε εποχές σχετικά υψηλών θερμοκρασιών, ο ωκεανός έξω από τη Νότιο Αφρική δεχόταν θρεπτική σκόνη που μετέφεραν οι άνεμοι από της ερήμους της Παταγονίας.

Όταν η θερμοκρασία έπεφτε, η μεταφορά σκόνης από τη Νότιο Αφρική επιταχυνόταν: η συσσώρευση πάγων στους πόλους έριχνε τη στάθμη της θάλασσας και αποκάλυπτε έτσι μεγάλες εκτάσεις που σήμερα βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του νερού. Οι εκτεθειμένες εκτάσεις σταδιακά ξηραίνονταν, οπότε ο άνεμος μπορούσε να μεταφέρει ακόμα μεγαλύτερες ποσότητες σκόνης στη θάλασσα, λιπαίνοντας περισσότερο το φυτοπλαγκτό.

Το φυτοπλαγκτό πολλαπλασιαζόταν, απορροφούσε περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, ως πρώτη ύλη για τη φωτοσύνθεση, και όταν πέθαινε βυθιζόταν στο βυθό, παρασύροντας μαζί του όλο αυτόν τον άνθρακα. Η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας τελικά έπεφτε και επιτάχυνε τη μετάβαση σε μια εποχή των παγετώνων.

Οι ερευνητές αναγνωρίζουν πάντως ότι η αύξηση του φυτοπλαγκτού από τη λίπανση εξηγεί μόνο το ήμισυ της αλλαγής στα επίπεδα του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα κατά τη μετάβαση από μια μεσοπαγετώδη σε μια παγετώδη περίοδο. Με άλλα λόγια, η σκόνη ίσως επιτάχυνε την ψύξη του πλανήτη, δεν θα μπορούσε όμως από μόνη της να βάλει τον πλανήτη στην κατάψυξη. Όπως φαίνεται όμως οι μικροοργανισμοί της θάλασσας παίζουν σημαντικό ρόλο στο παγκόσμιο κλίμα.