W miarę jak zapylone żelazo przemieszcza się dalej od Sahary, reakcje atmosferyczne czynią je coraz bardziej dostępnymi do podtrzymywania życia.
Żelazo jest mikroelementem niezbędnym do życia, odgrywającym kluczową rolę w procesach takich jak oddychanie, fotosyntezaI DNA synteza. We współczesnych oceanach żelazo jest często czynnikiem ograniczającym, co oznacza, że zwiększenie jego dostępności może zwiększyć wiązanie węgla przez fitoplankton, potencjalnie wpływając na globalny klimat.
Żelazo trafia do oceanów i ekosystemów lądowych poprzez rzeki, topniejące lodowce, aktywność hydrotermalną, a zwłaszcza wiatr. Jednak nie wszystkie jego formy chemiczne są „bioreaktywne”, czyli dostępne dla organizmów do pobrania ze środowiska.
„Pokazujemy, że żelazo związane z pyłem z Sahary wywiewane na zachód przez Atlantyk ma właściwości, które zmieniają się wraz z przebytą odległością: im większa jest ta odległość, tym bardziej bioreaktywne jest żelazo” – powiedział dr Jeremy Owens, profesor nadzwyczajny w Uniwersytet Stanowy Florydy i współautorem nowego badania w Granice nauk o morzu.
„Ta zależność sugeruje, że procesy chemiczne zachodzące w atmosferze przekształcają mniej bioreaktywne żelazo w bardziej dostępne formy”.
Jądro sprawy
Owens i współpracownicy zmierzyli ilość żelaza bioreaktywnego i całkowitego w rdzeniach wiertniczych z dna Oceanu Atlantyckiego, zebranych w ramach Międzynarodowego Programu Odkryć Oceanów (IODP) i jego wcześniejszych wersji. IODP ma na celu poprawę naszej wiedzy na temat zmieniających się warunków klimatycznych i oceanicznych, procesów geologicznych i pochodzenia życia. Naukowcy wybrali cztery rdzenie na podstawie ich odległości od tak zwanego korytarza pyłowego Sahara-Sahel. Ten ostatni obszar rozciąga się od Mauretanii po Czad i jest znany jako ważne źródło żelaza związanego z pyłem dla obszarów z wiatrem.
Dwa rdzenie najbliżej tego korytarza pobrano w odległości około 200 km i 500 km na zachód od północno-zachodniej Mauretanii, trzeci w środkowym Atlantyku, a czwarty około 500 km na wschód od Florydy. Autorzy zbadali górne 60–200 metrów tych rdzeni, odzwierciedlając osady z ostatnich 120 000 lat – czasu od poprzedniego interglacjału.
Zmierzyli całkowite stężenie żelaza wzdłuż tych rdzeni, a także stężenia izotopów żelaza za pomocą plazmowego spektrometru mas. Dane dotyczące izotopów były zgodne z pyłem z Sahary.
Następnie wykorzystali zestaw reakcji chemicznych, aby odkryć frakcje całkowitego żelaza występujące w osadach w postaci węglanu żelaza, getytu, hematytu, magnetytu i pirytu. Żelazo zawarte w tych minerałach, choć nie jest bioreaktywne, prawdopodobnie powstało z bardziej bioreaktywnych form w wyniku procesów geochemicznych zachodzących na dnie morskim.
„Zamiast skupiać się na całkowitej zawartości żelaza, jak to robiły poprzednie badania, zmierzyliśmy żelazo, które łatwo rozpuszcza się w oceanie i do którego organizmy morskie mogą uzyskać dostęp na swoich szlakach metabolicznych” – powiedział Owens.
„Tylko ułamek całkowitego żelaza w osadzie jest biodostępny, ale ułamek ten może ulec zmianie podczas transportu żelaza z pierwotnego źródła. Chcieliśmy zbadać te relacje.
Wiejący na wietrze
Wyniki wykazały, że w rdzeniach najbardziej na zachód wysuniętych udział żelaza bioreaktywnego był niższy niż w rdzeniach najbardziej wysuniętych na wschód. Oznaczało to, że odpowiednio większa część bioreaktywnego żelaza została utracona z pyłu i prawdopodobnie została wykorzystana przez organizmy w słupie wody, tak że nigdy nie dotarła do osadów na dnie.
„Nasze wyniki sugerują, że podczas transportu atmosferycznego na duże odległości właściwości mineralne pierwotnie niebioreaktywnego żelaza związanego z pyłem zmieniają się, czyniąc je bardziej bioreaktywnym. Żelazo to jest następnie pobierane przez fitoplankton, zanim dotrze do dna” – powiedział dr Timothy Lyons, profesor na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside i ostateczny autor badania.
„Dochodzimy do wniosku, że pył docierający do regionów takich jak dorzecze Amazonki i Bahamy może zawierać żelazo, które jest szczególnie rozpuszczalne i dostępne dla życia ze względu na dużą odległość od Afryki Północnej, a co za tym idzie dłuższą ekspozycję na atmosferyczne procesy chemiczne” – stwierdził Lyons.
„Wydaje się, że transportowane żelazo stymuluje procesy biologiczne w podobny sposób, w jaki nawożenie żelazem może wpływać na życie w oceanach i na kontynentach. To badanie stanowi weryfikację koncepcji potwierdzającą, że pył związany z żelazem może mieć poważny wpływ na życie w ogromnych odległościach od jego źródła”.
Odniesienie: „Transport pyłu na duże odległości zwiększa biodostępność żelaza w oceanach” Bridget Kenlee, Jeremy D. Owens, Robert Raiswell, Simon W. Poulton, Silke Severmann, Peter M. Sadler i Timothy W. Lyons, 26 lipca 2024 r., Granice nauk o morzu.
DOI: 10.3389/fmars.2024.1428621
Finansowanie: Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki, NASA Exobiology, Fundacja Alfreda P. Sloana, Instytut Astrobiologii NASA, Interdyscyplinarne Konsorcja Badań nad Astrobiologią NASA
