Η μεγαλύτερη ζώνη με έλλειψη οξυγόνου στον κόσμο;

Τα νησιά του Αρχιπελάγους Revillagigedo (Μεξικό), στον ανατολικό τροπικό Βόρειο Ειρηνικό είναι γεμάτα από θαλάσσια ζωή. Παραδόξως, όμως, σε μερικές εκατοντάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια βρίσκεται μια από τις μεγαλύτερες υδατικές μάζες χωρίς οξυγόνο. Από: Mark & ​​Rachel Rohr Foundation, S/Y Acadia.

Η μεγαλύτερη φτωχή σε οξυγόνο περιοχή του ωκεανού είναι πιο μεταβλητή από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.

Η ανάλυση της αναλογίας ισοτόπων αζώτου σε κοραλλιογενείς σκελετούς δείχνει έντονες  ταλαντώσεις στο μέγεθος της μεγαλύτερης ζώνης με έλλειψη οξυγόνου (ODZ) στον κόσμο τα τελευταία 80 χρόνια. Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι αυτό το ODZ είναι πιο δυναμικό από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως και θα μπορούσε να ανταποκριθεί γρήγορα στις κλιματικές αλλαγές τις επόμενες δεκαετίες, με σημαντικές συνέπειες για τα θαλάσσια οικοσυστήματα.

Ορισμένες περιοχές του Τροπικού Ωκεανού, μια ισημερινή ζώνη μεταξύ του Τροπικού του Καρκίνου (23,5° βόρειο γεωγραφικό πλάτος) και του Τροπικού του Αιγόκερου (23,5° νότιου γεωγραφικού πλάτους), φιλοξενούν πολύ παραγωγική αλιεία που τρέφει εκατομμύρια ανθρώπους και έτσι συμβάλλει στην κοινωνικοοικονομική σταθερότητα πολλών χωρών σε όλο τον κόσμο. Παραδόξως, ωστόσο, αυτή η φυσική γενναιοδωρία μπορεί επίσης να δημιουργήσει συνθήκες αντίξοες για τη θαλάσσια ζωή. Αυτό συμβαίνει γιατί η άφθονη βιομάζα που παράγεται σε αυτές τις περιοχές βυθίζεται σε βάθος και υποβαθμίζεται από βακτήρια.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το οξυγόνο καταναλώνεται μέσω της αναπνοής, η οποία οδηγεί στον σχηματισμό τεράστιων περιοχών που στερούνται διαλυμένου οξυγόνου, μερικές εκατοντάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια. Αυτές οι περιοχές με λίγο ή καθόλου οξυγόνο, αναφέρονται ως Ζώνες Ανεπάρκειας Οξυγόνου ή ODZ. Το μεγαλύτερο ODZ στον πλανήτη βρίσκεται στον Ανατολικό Τροπικό Ειρηνικό, όπου εκτείνεται από τις ακτές της Κεντρικής Αμερικής προς τα δυτικά έως τον Κεντρικό Ειρηνικό.

Δεδομένης της αντιπαράθεσης αυτής της μεγάλης υδατικής μάζας που στερείται οξυγόνου και των εξαιρετικά παραγωγικών θαλάσσιων οικοσυστημάτων πάνω από αυτήν, αποτελεί εδώ και καιρό ερευνητική προτεραιότητα η κατανόηση των φυσικών ρυθμών και των παραλλαγών στο μέγεθος και τη θέση αυτού του ODZ. Συγκεκριμένα, πολλές μελέτες μοντελοποίησης έχουν εκφράσει την ανησυχία ότι η συνεχιζόμενη υπερθέρμανση του πλανήτη θα μπορούσε να προκαλέσει την επέκταση του όγκου των υδάτων χαμηλού οξυγόνου στους ωκεανούς του κόσμου λόγω των αλλαγών στα ωκεάνια ρεύματα και τη διαλυτότητα στο οξυγόνο.

Καθώς οι μετρημένες χρονοσειρές των συγκεντρώσεων διαλυμένου οξυγόνου είναι πολύ σπάνιες σε αυτήν την απομακρυσμένη περιοχή, δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατό να προσδιοριστεί εάν αυτή η διαδικασία βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη.

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Ινστιτούτο Χημείας Max Planck (Mainz, Γερμανία) σε συνεργασία με επιστήμονες από το Universidad Autónoma de Baja California (Μεξικό), το Ίδρυμα Ωκεανογραφίας Scripps (ΗΠΑ), το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Senckenberg (Γερμανία), και το Πανεπιστήμιο Πρίνστον (ΗΠΑ) ανασυγκρότησαν τώρα την εξέλιξη των επιπέδων οξυγόνου στην ανατολική τροπική περιοχή Ειρηνικός τα τελευταία 80 χρόνια.

Ένα παράδειγμα πετρώδους κοραλλιού Porites sp. αποικία που αναπτύσσεται στον βραχώδη βυθό του νησιού San Benedicto στο αρχιπέλαγος Revillagigedo. Αυτό το δείγμα είναι πιθανώς άνω των 50 ετών, παρόμοιο με τις αποικίες που άνοιξε ο Alan Foreman, από το Ινστιτούτο Χημείας Max Planck, κατά τη διάρκεια μιας αποστολής στο Sailing Yacht Acadia για την ανακατασκευή της δυναμικής της ζώνης έλλειψης οξυγόνου (ODZ) του ανατολικού Τροπικός Βόρειος Ειρηνικός. Από: Mark & ​​Rachel Rohr Foundation, S/Y Acadia.

Η ζώνη με έλλειψη οξυγόνου διαστέλλεται και συστέλλεται πιο συχνά από ό,τι υποτίθεται

«Με ένα σύνολο κοραλλιογενών πυρήνων μπορέσαμε να δημιουργήσουμε πολλαπλές χρονοσειρές σταθερών ισοτόπων αζώτου που καλύπτουν τα τελευταία 80 χρόνια. Αυτά τα δεδομένα αποκάλυψαν ότι το ODZ διαστέλλεται και συστέλλεται κάθε 10 περίπου χρόνια, πολύ πιο συχνά από ό,τι θεωρούνταν προηγουμένως», λέει ο Άλαν Φόρμαν, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Χημείας Max Planck.

Οι ερευνητές τεκμηρίωσαν τη φυσική αποτρίχωση και εξασθένιση του ODZ στον ανατολικό τροπικό Βόρειο Ειρηνικό με αυτό το σύνολο παρατηρήσεων. Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science , έδειξαν ότι η δεκαετής μεταβλητότητα του κλίματος του Ειρηνικού ελέγχει το μέγεθος αυτού του ODZ μέσω αλλαγών στην ισχύ των ανατολικών ανέμων.

Η στενή σύζευξη της ισχύος του ανέμου στον Τροπικό Ειρηνικό και η έκταση των φτωχών σε οξυγόνο νερών καταδεικνύει ότι τα ODZs είναι πιο δυναμικά από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως και θα μπορούσαν να ανταποκριθούν γρήγορα στις κλιματικές αλλαγές τις επόμενες δεκαετίες, με σημαντικές συνέπειες για τα θαλάσσια οικοσυστήματα .

Ο κοραλλιογενής σκελετός καταγράφει τη συγκέντρωση οξυγόνου του ωκεανού

Η ομάδα έκανε αυτή την ανακάλυψη χρησιμοποιώντας γεωχημικά αρχεία από σκληρά κοράλλια. Πιο συγκεκριμένα, μέτρησαν την αναλογία ισοτόπων αζώτου της μικροσκοπικής ποσότητας οργανικής ύλης που είναι κλειδωμένη στον κοραλλιογενή σκελετό ως νέος ιχνηλάτης της συγκέντρωσης οξυγόνου στον ωκεανό.

Στα φτωχά σε οξυγόνο νερά, πολύπλοκες βακτηριακές βιολογικές διεργασίες αλλάζουν την ισοτοπική σύνθεση των νιτρικών, αφήνοντας πίσω τους ένα γεωχημικό «δακτυλικό αποτύπωμα» σε αυτό το ζωτικής σημασίας θρεπτικό συστατικό για το οικοσύστημα των κοραλλιογενών υφάλων που βρίσκεται παραπάνω. Το νιτρικό που προέρχεται από το ODZ έρχεται στην επιφάνεια με ανάμιξη και διάχυση, όπου βοηθά τα κοράλλια να διατηρήσουν την ανάπτυξή τους. Με αυτόν τον τρόπο, το ισοτοπικό δακτυλικό αποτύπωμα του ODZ διαδίδεται στον κοραλλιογενή σκελετό, όπου καταγράφεται και διατηρείται στη σκελετική ύλη της αποικίας.

«Στο εργαστήριό μας, είμαστε σε θέση να αναλύσουμε τις εξαιρετικά μικρές ποσότητες αζώτου που είναι κλειδωμένες στους κρυστάλλους ανθρακικού ασβεστίου των κοραλλιογενών σκελετών , επιτρέποντάς μας να συμπεράνουμε πώς η Ζώνη Ανεπάρκειας Οξυγόνου (ODZ) διέφερε στο παρελθόν», λέει ο Alfredo Martínez-García. ο επικεφαλής της ομάδας της ερευνητικής ομάδας Organic Isotope Geochemistry στο Ινστιτούτο Max Planck.

Η επιφάνεια των Porites sp., τα πετρώδη κοράλλια που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μελέτη αποτελούνται από χιλιάδες μικροσκοπικούς πολύποδες κοραλλιών, ο καθένας με πολλά πλοκάμια και ένα κεντρικό άνοιγμα που λειτουργεί ως στόμα. Αυτοί οι πολύποδες εκκρίνουν ανθρακικό ασβέστιο για να σχηματίσουν τον σκελετό του κοραλλιού. Οι ετήσιες αλλαγές στη σκελετική πυκνότητα των κοραλλιών (οδηγούμενες από αλλαγές στη θερμοκρασία του νερού) μπορούν να διακριθούν χρησιμοποιώντας απεικόνιση ακτίνων Χ, όπως απεικονίζεται εδώ σε μια εικόνα της Renate Rabenstein του Μουσείου Φυσικής Ιστορίας Senckenberg (Φρανκφούρτη, Γερμανία). Από: Mark & ​​Rachel Rohr Foundation, S/Y Acadia.

Οι κοραλλιογενείς σκελετοί που αναλύθηκαν σε αυτή τη μελέτη συλλέχθηκαν πέρυσι κατά τη διάρκεια μιας αποστολής στα απομονωμένα νησιά του αρχιπελάγους Revillagigedo στον Ειρηνικό Ωκεανό. Το αρχιπέλαγος βρίσκεται γεωγραφικά δίπλα στο μεγαλύτερο ODZ του κόσμου.

Αυτή η αποστολή, με επικεφαλής τον Alan Foreman, σε συνεργασία με το Sailing Yacht Acadia (Ίδρυμα Mark and Rachel Rohr), ανακάλυψε αρκετούς κοραλλιογενείς πυρήνες των πετρωδών κοραλλιών Porites που αναπτύσσονται στον βραχώδη βυθό των νησιών San Benedicto και Soccoro. Η επιφάνεια αυτών των κοραλλιών αποτελείται από χιλιάδες μικροσκοπικά ζώα, τους λεγόμενους πολύποδες. Αυτοί οι πολύποδες εκκρίνουν ανθρακικό ασβέστιο για να σχηματίσουν τον σκελετό του κοραλλιού.

Καθώς η πυκνότητα του σκελετού των κοραλλιών αλλάζει κατά τη διάρκεια του έτους, οι αποθέσεις είναι ισχυροί χρονολογικοί δείκτες. Στην εικόνα ακτίνων Χ, οι φωτεινές και οι σκοτεινές ζώνες υψηλής και χαμηλής πυκνότητας μοιάζουν με τους ετήσιους δακτυλίους ενός δέντρου.

Με βάση την εναλλασσόμενη ζώνη του κοραλλιογενούς σκελετού, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν λεπτομερείς χρονοσειρές της μεταβλητότητας του ODZ. Το νέο σύνολο κοραλλιογενών πυρήνων συμπληρώθηκε με επιπλέον κοραλλιογενείς πυρήνες που είχαν συλλέξει προηγουμένως οι José Carriquiry (Universidad Autónoma de Baja California), Sara Sanchez (Πανεπιστήμιο Boulder, Κολοράντο) και Christopher Charles (Ίδρυμα Ωκεανογραφίας Scripps).

Τα κοράλλια είναι βιβλία ιστορίας του ωκεανού

«Η συλλογή των κοραλλιών μας επιτρέπει να ανακατασκευάσουμε τη μεταβλητότητα των φτωχών σε οξυγόνο νερών κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα σε μια περιοχή που εκτείνεται σε χιλιάδες μίλια, με μεγάλη ακρίβεια. Συχνά θεωρώ αυτή τη συλλογή σαν μια βιβλιοθήκη όπου κάθε νέος πυρήνας είναι ένα βιβλίο που λέει ιστορία για τον ωκεανό μας».

«Τελικά, η δουλειά μας είναι να αποκρυπτογραφήσουμε κάθε ένα από αυτά τα βιβλία για να κατανοήσουμε τον αντίκτυπο των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στον ωκεανό και να ευαισθητοποιήσουμε σχετικά με αυτό το πιεστικό ζήτημα», λέει ο Nicolas Duprey, ο κύριος συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Max Planck. Ινστιτούτο Χημείας.

Γεωδίφης με πληροφορίες από την Εταιρεία Μαξ Πλανκ

περισσότερα,

N. N. Duprey et al, Decadal oscillations in the ocean's largest oxygen-deficient zone, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk4965

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4965

https://phys.org/news/2024-12-largest-oxygen-poor-region-ocean.html