Periodiska svängningar av syrekoncentrationer i bottenvattnet kan förändra bentiska samhällen och kollagring i årtionden, avslöjar en ny studie publicerad i Vetenskapliga framsteg . Detta är särskilt relevant eftersom syrefattiga förhållanden ökar i världshaven.

Havsbotten spelar en nyckelroll i de globala elementarcyklerna. Dess invånare konsumerar och återvinner organiskt material som sjunker till botten. Vanligtvis, endast en mindre del av det materialet begravs i havsbotten. Lejonparten remineraliseras av havsbottenliv – det vill säga bryts ner och återförs till ekosystemet för produktion av ny biomassa. Således, ödet för detta material på havsbotten har en avgörande inverkan på den globala kol- och näringskretsloppet och, som en konsekvens, marin produktivitet och vårt klimat.

Tillfällig brist, långtidsförvaring

Djur behöver syre för att andas. Därav, minskande syretillförsel i bottenvattnet har en negativ inverkan på samhällets sammansättning och aktivitet av marina sediment. I vilken utsträckning det också bestämmer remineralisering och därmed andelen kolbegravning förblev kontroversiell. Gerdhard Jessen från Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen, Tyskland, och ett internationellt team av forskare avslöjar i Science Advances att minskande syrekoncentrationer i bottenvattnet avsevärt påverkar kollagringen i havsbotten i årtionden. Denna effekt inträffar tidigare än tidigare trott och över större ytor av havsbotten. När syret tar slut, avsevärt mindre organiskt material remineraliseras och betydligt mer begravs. Och det som begravs förblir begravt länge. "Mängden organiskt material som hamnar i havsbotten ökar med hälften när havsbotten periodvis har ont om syre", säger Jessen. "Till och med läckra och lätt tillgängliga bitar, som nydeponerat algmaterial, inte konsumeras."

Svarta havet som ett naturligt laboratorium

Att simulera sådana långsiktiga och komplexa processer i labbet är svårt att göra. Därför, Jessen och hans kollegor tog forskningsfartyget Maria S. Merian till Svarta havet, den största naturligt anoxiska vattenförekomsten i världen, inom ramen för EU FP7-projektet HYPOX. Där, stabil skiktning resulterar i en naturlig gradient av syrekoncentrationer i bottenvatten på den yttre hyllan, allt från väl syresatta grunda vatten över varierande syreförhållanden till anoxiska djupare vatten under cirka 160 meters vattendjup. Detta ger nära till perfekta experimentella förhållanden. "Vi använde Svarta havets havsbotten som ett naturligt laboratorium. Det gjorde det möjligt för oss att undersöka vad som kan komma upp för många partier av världens hav, säger Jessen.

"Lågsyreområdena i haven ökar, främst som en konsekvens av antropogena näringsämnen och klimatförändringar", förklarar Antje Boetius, senior författare till studien och gruppledare för HGF-MPG Research Group for Deep Sea Ecology and Technology. "Således, Det är särskilt viktigt att förstå och mäta vad syrestress i haven betyder för deras invånare och de globala biogeokemiska cyklerna. "

Att förändra livet på havsbotten

Hur kommer det sig att effekterna blir så drastiska om havsbotten blir andfådd periodvis? "Syrebrist förändrar faunasamhället på havsbotten, " utvecklar Boetius. I synnerhet större djur, som maskar och musslor, kan inte överleva utan det. Dessa djur rotar genom sedimentet och letar efter mat och skydd, blanda syre och näringsämnen för mindre havsbotteninvånare i processen. "De stora organismerna försvinner när det är ont om syre. Enbart sedimentbakterier är då ansvariga för remineraliseringen av det organiska materialet som kommer till havsbotten, men de rör sig långsamt och tar väldigt lång tid att bryta ner komplexa material utan hjälp av djur." under hypoxiska förhållanden begravs mer organiskt material och avlägsnas därmed från systemet. Anaeroba mikroorganismer, få sin energi utan syre till exempel genom jäsning eller sulfatreduktion, ta rodret. Dessa producerar också giftig sulfid, ytterligare bromsa nedbrytningen av material.

"Svarta havet kan lära oss många lektioner", säger Boetius, "eftersom det tydligt avslöjar effekterna av fluktuerande och låga syreförhållanden på havets ekosystem, orsakar enorma förändringar i ekosystemets tjänster till oss människor. Utredningar som den nuvarande är därför väsentliga inför globala förändringar, att upptäcka varningssignaler från havet i tid."