Živý, dýchající oceán se možná pomalu začíná dusit. Více než dvě procenta obsahu kyslíku v oceánu byla podle zpráv vyčerpána během posledního půlstoletí a mořské „mrtvé zóny“se nadále rozšiřují po celém globálním oceánu. Tato deoxygenace, vyvolaná hlavně větším množstvím hnojiv a odpadních vod proudících do oceánu, představuje vážnou hrozbu pro mořský život a ekosystémy.
Navzdory kritické roli kyslíku v oceánu vědci neměli způsob, jak změřit, jak rychle dochází k deoxygenaci – dnes nebo v minulosti, kdy takzvané velké „anoxické události“vedly ke katastrofálnímu vyhynutí mořský život.
Nyní vědci z Woods Hole Oceanographic Institution, Arizona State University a Florida State University poprvé vyvinuli způsob, jak kvantifikovat, jak rychle docházelo k deoxygenaci ve starověkých oceánech. Výzkum byl publikován 9. srpna 2017 v časopise Science Advances.
"K dnešnímu dni nebyly vědcům k dispozici kvantitativní nástroje, které by byly schopny přesně měřit rychlost, s jakou dochází k vyčerpání kyslíku," řekla Sune Nielsenová, vědecká pracovnice WHOI a spoluautorka článku. "Může oceán ztratit polovinu svého kyslíku za tisíc let? Tento nový nástroj nám pomůže porozumět rychlosti, s jakou deoxygenace probíhala v minulosti, a případně odhadnout, jak daleko by se současné ztráty mohly rozšířit do budoucnosti."
Spolu s teplejšími teplotami moře a acidifikací oceánů je deoxygenace oceánů další hrozbou pro mořské ekosystémy, která znepokojuje vědce. Rozšiřující se oblasti anoxických vod v globálním oceánu, vyvolané převážně lidskou činností, způsobují, že některá rybí stanoviště jsou neudržitelná a mají dopad na hospodářsky důležité rybolovy.
Přísun kyslíku v oceánu se snižuje řadou faktorů. Jak se stékající hnojiva a odpadní voda dostávají do moře, stimulují růst fytoplanktonu, který zpracovává živiny a přeměňuje je na organickou hmotu. Když plankton zemře a klesne, mořské mikroby spotřebují organickou hmotu a během procesu spotřebovávají kyslík ve vodě. Větší růst fytoplanktonu v povrchových vodách tedy může vést k čisté ztrátě kyslíku v hlubinách oceánu.
Aby vědci určili, jak rychle dochází ke ztrátě kyslíku v oceánu v dlouhém časovém měřítku, studovali staré sedimenty mořského dna během jedné z nejextrémnějších klimatických změn na Zemi, známé jako Oceanic Anoxic Event 2. To vedlo k velkému globálnímu vyhynutí. mořských živočichů před 94 miliony let, kdy se po Zemi proháněli dinosauři. Sedimenty uchovávají izotopové složení thallia staré mořské vody, které se mění v závislosti na množství kyslíku v hlubokém oceánu v době, kdy byly uloženy. Sedimenty se postupem času hromadí, přičemž hlubší úrovně odpovídají časům dále v minulosti.
Tato technika zahrnuje měření izotopů thallia v sedimentech. Relativní množství těžšího izotopu thallia se zvyšuje s klesající hladinou hlubinného kyslíku. Vědci použili svou novou techniku k analýze ztráty kyslíku z 94 milionů let starých vzorků hornin vyvrtaných pod mořským dnem u pobřeží Surinamu v Jižní Americe.
Výzkum začal, když Chadlin Ostrander (nyní, Ph. D. student na Arizona State University) byl vysokoškolským studentem Summer Student Fellow a Jeremy Owens (nyní odborný asistent na Floridské státní univerzitě) byl postdoktorandem na WHOI, ve spolupráci s Nielsen.
"Rozpustili jsme horniny v naší laboratoři," vysvětlil Ostrander, "a poté chemicky oddělili vše kromě prvku, který jsme potřebovali k analýze: thalium. Potom jsme pomocí hmotnostní spektrometrie byli schopni změřit variace tohoto prvku jako proxy pro změny hladin kyslíku, ke kterým dochází v průběhu desítek tisíc let."
Na základě analýzy vědci předpokládají, že až polovina hlubokého oceánu se během Oceanic Anoxic Event 2 vyčerpala kyslíkem a zůstala anoxická odhadem půl milionu let, než se zotavila. Ještě důležitější je, že byli schopni nakreslit paralelu mezi rychlostí deoxygenace tehdy a moderními trendy ve ztrátě kyslíku nyní.
"Naše výsledky ukazují, že míra deoxygenace moří před starověkou událostí pravděpodobně probíhala po desítky tisíc let a překvapivě podobná trendu dvouprocentního vyčerpání kyslíku, který pozorujeme způsobený antropogenní činností za posledních padesát let. let,“řekl Nielsen. "Nevíme, zda oceán směřuje k další globální anoxické události, ale trend je samozřejmě znepokojující."
Nová technika může položit základy pro projekci budoucích ztrát kyslíku v oceánu. Ale vědci řekli, že je zapotřebí další vhled do minulých vzorců deoxygenace, aby se jejich výzkum posunul vpřed. Plánují analyzovat další starověké sedimenty, aby prozkoumali, jak vypadaly hladiny oceánského kyslíku, když se poprvé objevili velká mořští živočichové, a jak se tyto podmínky v průběhu času měnily.
„V tuto chvíli teprve začínáme chápat, jak se v minulosti měnily hladiny kyslíku v oceánu,“řekl Ostrander. "Ale s naším novým nástrojem jsme se již naučili, že jedna z nejextrémnějších klimatických jevů v hlubokém sedimentárním záznamu poskytuje nepříjemně rozumnou analogii pro možnou budoucí deoxygenaci oceánů a následné ekologické posuny. Doufáme, že toho budeme moci využít." informace, abyste získali přehled o tom, co přinese krátkodobá, střednědobá a dlouhodobá budoucnost obsahu kyslíku v oceánu."
