Odkryto, że życie w oceanie kwitnie dzięki pyłowi saharyjskiemu unoszonemu z odległości tysięcy kilometrów

Żelazo to mikroelement niezbędny do życia, umożliwiający procesy takie jak oddychanie, fotosynteza i synteza DNA. Dostępność żelaza jest często zasobem ograniczającym w dzisiejszych oceanach, co oznacza, że ​​zwiększenie dopływu żelaza do nich może zwiększyć ilość węgla wiązanego przez fitoplankton, co będzie miało konsekwencje dla globalnego klimatu.

Żelazo trafia do oceanów i ekosystemów lądowych poprzez rzeki, topniejące lodowce, aktywność hydrotermalną, a zwłaszcza wiatr. Jednak nie wszystkie jego formy chemiczne są „bioreaktywne”, to znaczy 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 Florida State Uniwersytetu 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”.

Istota 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 – czyli 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. Naszym celem było zbadanie tych zależności”.

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” – mówi 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 dowód koncepcji potwierdzający, że pył związany z żelazem może mieć poważny wpływ na życie na rozległych obszarach odległości od źródła.”