Badanie Georgia Tech ujawnia, jak osłabiona cyrkulacja Atlantyku podczas młodszego dryasu zredukowała składniki odżywcze północnego Atlantyku, oferując perspektywę historyczną na potencjalne przyszłe zmiany oceaniczne spowodowane zmianami klimatycznymi.
Północny Ocean Atlantycki jest ośrodkiem aktywności biologicznej, głównie ze względu na Prąd Zatokowy, który dostarcza bogaty prąd składników odżywczych. Naukowcy spekulują, że zmiany klimatyczne mogą prowadzić do spadku zawartości składników odżywczych i aktywności biologicznej na północnym Atlantyku w wyniku osłabienia cyrkulacji oceanicznej. Jednak teoria ta była wcześniej wspierana jedynie przez modele.
Teraz zespół naukowców pod kierownictwem Georgia Institute of Technology przeprowadził pierwsze w swoim rodzaju badanie wpływu podobnego spadku spowodowanego klimatem prawie 13 000 lat temu, kiedy Ziemia wyszła z ostatniej epoki lodowcowej. Badając osady zakopane u źródła Prądu Zatokowego, ustalili, że prehistoryczne osłabienie doprowadziło do spadku zawartości składników odżywczych w oceanach i negatywnie wpłynęło na życie w oceanach. Odkrycia te, opublikowane niedawno w Naukapotwierdzają przewidywania dotyczące reakcji naszych oceanów na zmieniający się klimat i co to oznacza dla życia w oceanach.
Badanie historycznych skutków klimatycznych
„Badanie testuje koncepcję, która wcześniej była badana jedynie w teorii i modelach” – mówi główny autor Jean Lynch-Stieglitz, profesor w School of Earth of Atmospheric Sciences w Georgia Tech. „Wielkoskalowa cyrkulacja Atlantyku zapewnia składniki odżywcze, które stanowią podstawę produktywności biologicznej na Północnym Atlantyku”.
Ponieważ oczekuje się, że w ciągu następnego stulecia prąd będzie nadal słabnąć w wyniku emisji gazów cieplarnianych, badacze przewidują, że do północnego Atlantyku będzie docierać coraz mniej składników odżywczych.
„Ta koncepcja ma rzeczywiste implikacje dla przyszłego stanu oceanów i łowisk” – wyjaśnia Lynch-Stieglitz. Skutki wahają się od spadku populacji ryb po potencjalny wpływ na ilość CO2, jaką może pochłonąć ocean.
„Dramatyczne zmiany klimatyczne, których doświadczyła Ziemia w przeszłości, mogą pomóc nam zrozumieć, które części układu ziemskiego są podatne na zmiany, a także pomóc nam ocenić pomysły na temat skutków trwającej zmiany klimatu” – dodaje.
Spostrzeżenia z przeszłych zmian oceanicznych
Zespół badał młodszy dryas, czyli okres przejściowy po ostatniej epoce lodowcowej, kiedy nastąpiło osłabienie cyrkulacji atlantyckiej. Badając, jak zmieniał się strumień składników odżywczych, gdy w przeszłości osłabła cyrkulacja, naukowcy mieli nadzieję lepiej zrozumieć, czego możemy oczekiwać od ocieplających się obecnie oceanów.
Jednak zespół początkowo nie miał na celu tego celu — prace rozpoczęły się jako projekt badawczy dla studentów studiów licencjackich owiany intrygującą tajemnicą. Eric Blackmon, wówczas student laboratorium Lyncha-Stieglitza, był zainteresowany zbadaniem zniknięcia gatunek planktonu z północnego Atlantyku podczas ostatniej epoki lodowcowej.
„Wynik tego badania był zagadkowy” – wspomina Lynch-Stieglitz. Aby lepiej zrozumieć wyniki, zespół zdecydował się zastosować rzadko stosowaną technikę. Metoda rekonstrukcji stężenia tlenu w wodzie morskiej pozwoliła uzyskać niezwykle wyraźny zapis zmian stężenia tlenu w wodzie morskiej w czasie.
„Nasz zespół zdał sobie sprawę, że w połączeniu z wcześniejszą rekonstrukcją składu chemicznego wody morskiej technika ta dostarczyła kluczowych informacji na temat historii i mechanizmów dostarczania składników odżywczych do północnego Atlantyku” – mówi Lynch-Stieglitz. „Postanowiliśmy znaleźć odpowiedź na małe pytanie i po drodze odkryliśmy, że nasze dane mają szersze implikacje, niż się spodziewaliśmy”.
Nowe techniki w oceanografii
Dzięki tej nowej technice zespół przeanalizował warstwy osadów w Cieśninie Florydzkiej, wąskim przejściu między Florida Keys a Kubą, gdzie spotykają się Zatoka Meksykańska i Ocean Atlantycki. Wgłębiając się w te warstwy i pobierając cylindryczną próbkę, „warstwy gromadzących się osadów pozwalają poznać historię środowiska w danym miejscu” – wyjaśnia Lynch-Stieglitz. W tym przypadku „przyjrzeliśmy się, jak nazywają się muszle organizmów jednokomórkowych otwornice zmieniał się z czasem.” Ponieważ otwornice żyją na dnie oceanu, ich muszle gromadzą się w każdej warstwie osadów, zachowując ważne sygnatury chemiczne, które można wykorzystać do odtworzenia składu chemicznego oceanu, w którym zamieszkiwały.
„To niesamowite, że chemię oceanów z przeszłości można zrekonstruować z tak szczegółami przy użyciu pięknych, małych muszli” – mówi Lynch-Stieglitz.
Badania wykazały, że podczas młodszego dryasu, w miarę osłabiania się wywracającej cyrkulacji, zmniejszały się składniki odżywcze Prądu Zatokowego i zwiększała się ilość tlenu w Cieśninie Florydzkiej. Zespół odkrył również, że wraz ze spadkiem strumienia składników odżywczych zmniejszyła się również produktywność biologiczna na północnym Atlantyku.
„Badanie stanowi ważny postęp w zakresie wskaźników zastępczych opartych na izotopach węgla dla wcześniejszych stężeń tlenu” – mówi Lynch-Stieglitz. „Zapis jest bardzo czysty, a wielkość i czas zmian w rozpuszczonym tlenie są w zdumiewającym stopniu odzwierciedlone w rekonstrukcji fosforanów”.
Konsekwencje dla przyszłego zdrowia oceanów
Poza ustaleniami na temat funkcjonowania oceanu, zespół przeprowadził także badanie nt otwornice dostarcza także nowych sposobów zrozumienia obiegu składników odżywczych w oceanie i sposobu, w jaki to badamy. Te wglądy w to, jak zmieniały się oceany Ziemi w przeszłości, stanowią kluczowe narzędzie do testowania modeli, pozwalające nam lepiej przewidywać, w jaki sposób nasze oceany i zapewniane przez nie zasoby mogą zareagować na zmianę klimatu w przyszłości.
„Fizyczne zmiany w układzie ziemskim mogą mieć głębokie zmiany w życiu w oceanie i dalekosiężne skutki” – zauważa Lynch-Stieglitz. „Zmiana klimatu to coś więcej niż klimat”
Odniesienie: „A zmniejszony strumień składników odżywczych na północnym Atlantyku podczas odwrócenia klimatu młodszego dryasu”, Jean Lynch-Stieglitz, Tyler D. Vollmer, Shannon G. Valley, Eric Blackmon, Sifan Gu i Thomas M. Marchitto, 9 maja 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adi5543
Finansowanie: Badanie to było finansowane z grantu National Science Foundation OCE-1459563 (JL-S.) i grantu National Science Foundation OCE-1851900 (JL-S.).
