Forskare har avslöjat havsförhållandena som stöder en massiv sommarblomning av alger som sträcker sig över 16 procent av det globala havet. Känt som det stora kalcitbältet, denna täta grupp av ett mikroskopiskt växtplankton, coccolithophores, kan ses på satellitbilder när turkosa virvlar runt i det mörkblå vattnet i södra oceanen.

"Satelliter ser ljuset som reflekteras av coccolitoforerna, sa Barney Balch, en senior forskare vid Bigelow Laboratory for Ocean Sciences. "Under ett kraftfullt mikroskop, du kan se att detta beror på att de omger sig med invecklade, vita tallrikar gjorda av kalciumkarbonat. Dessa kritaplattor fungerar som miljontals små upphängda speglar, reflekterar solljuset tillbaka ut ur havet mot NASA:s jordobservationssatelliter."

Balch var en del av ett internationellt team av forskare från Bigelow Laboratory, University of Southampton (Storbritannien), National Oceanography Center i Southampton, och Bermuda Institute of Ocean Science som studerade de förhållanden som gör blomningen möjlig och ekologin hos de växtplanktonarter som utgör den. De publicerade nyligen sina resultat i tidskriften Biogeovetenskap .

"Kopplingarna mellan havets kemi och populationer av kokolitoforer och kiselalger är inte enkla, " sa huvudförfattaren Helen Smith, en forskare från University of Southampton. "För att till fullo förstå samspelet mellan dessa två viktiga växtplanktongrupper och havsmiljön, vi var tvungna att upprätthålla ett holistiskt tillvägagångssätt för datainsamling och analys."

Teamet fann att havsytans temperatur, näringsnivåer, och koldioxidkoncentrationen var de viktigaste faktorerna för att bestämma var arter av kokolitoforer och kiselalger, en annan typ av mikroskopiskt växtplankton, växa. Som förväntat, löst järn var en nyckelfaktor för att kontrollera planktonpopulationerna.

"Allt växtplankton behöver järn för att växa, och det är i allmänhet en bristvara i södra oceanen, sa Ben Twining, en senior forskare och tillfällig president vid Bigelow Laboratory. "Koccolitoforer - men inte nödvändigtvis kiselalger - var rikligare på platser med förhöjt järn."

Verkligen, Kiselalger behöver också kiseldioxid för att bygga sina exoskelett av glas. Vatten i Great Calcite Belt har inte tillräckligt med kiselsyra för att stödja stora kiselalger, som vanligtvis finns i de mest produktiva delarna av världshaven. Detta skapar en möjlighet för arter av små växtplankton att frodas, inklusive kokolitoforer och extremt små kiselalgerarter. Som ett resultat, små växtplankton dominerar regionen.

"Ingen enskild miljöfaktor var ansvarig för variationen i växtplankton i vår studie, som belyser komplexiteten hos framgången med kokolitofor och kiselalger under sommarens stora kalcitbält, " sa Smith.

Vidare, forskarna fann anledning att ifrågasätta den roll i kolavskiljning som södra oceanen tros spela i den globala kolcykeln, åtminstone i Stora Kalcitbältet. När coccolithophores bygger sina kritplattor, de tar bort kol från vattnet, men den processen släpper också ut koldioxid tillbaka till ythav och atmosfär.

I hela södra oceanen, de täta mineralskalen av kokolitoforer och kiselalger ballastsänkande partiklar av organiskt skräp. Denna process att dra kol in i havets djup och bort från atmosfären kallas den biologiska kolpumpen. Koccolitoforfunktionen som bildar det stora kalcitbältet är så stor, dock, att det kan förändra sommarens vattenkemi.

"När vi ånga genom det stora kalcitbältet, vi ser att det finns hotspots med förhöjd koldioxid, på en plats som i allmänhet förblir en stor kolsänka, sa professor Nicholas Bates, en medförfattare från Bermuda Institute of Ocean Science.

Detta fynd förbättrar integriteten hos globala kolcykelmodeller, som kan hjälpa forskare runt om i världen att förutsäga ödet för koldioxid i atmosfären.

Balch och hans team kommer att fortsätta att studera effekterna av kokolitoforer på det globala havet, genomföra kryssningar med stöd av National Science Foundation 2019 och 2020 till Indiska oceanen. Kallt ytvatten i området kring Stora Kalcitbältet sjunker djupt under det varmare, mindre tätt vatten i norr. Fyrtio år senare, att vatten ytor igen nära ekvatorn, som innehåller näringsämnen som ger upphov till uppskattningsvis 75 procent av mikroskopisk växttillväxt i tropikerna och subtroperna.

"Vi tror att växtplanktonet i det stora kalcitbältet i grunden konditionerar detta vatten innan det sjunker, forma vad som kommer att växa nära ekvatorn när vattnet kommer upp årtionden senare, sa Balch.