Uppväxt i östra ekvatorn i Stilla havet ger viktiga näringsämnen för regionens mikroskopiska växter, men järn - en viktig ingrediens som underlättar kväveförbrukningen - är en bristvara. Att kompensera, växtplanktonbandet tillsammans för att återvinna den knappa metallen och behålla den i deras övre havsmiljö, forskare vid University of California, Irvine har upptäckt.

"I årtionden, oceanografer har förstått det viktiga, befruktande roll järn spelar i havsmiljön, "sa UCI:s Patrick Rafter, huvudförfattare på en ny studie i Naturkommunikation . "Vattenväxter tar inte upp kväve i avsaknad av metall, vilket är en begränsande faktor för deras reproduktion och tillväxt. "Han kommer att presentera sina fynd idag vid 2018 American Geophysical Union Ocean Sciences Meeting.

Denna förståelse är viktig, enligt Rafter, en biträdande projektforskare inom jordsystemvetenskap, eftersom dessa organismer hjälper till att reglera det globala klimatet genom att dra atmosfärisk koldioxid i havet. Men vissa förutsättningar är nödvändiga för att processen ska kunna ske.

"Det är väldigt lite järn som kommer in i ekosystemet i denna del av världen, som skiljer sig mycket från vad vi ser i Atlanten, med enorma mängder metallbärande damm från Saharaöknen som blåser över den, "sa medförfattaren Katherine Mackey, UCI Clare Boothe Luce biträdande professor i jordsystemvetenskap. "Och på samma gång, du har uppvärmning, drivs av havets cirkulation och vindar, vilket ger mycket kväverikt vatten till ytan. "

Den observerade produktiviteten hos Stilla växtplankton mitt i denna näringsbalans har länge förbryllat oceanografer.

Letar efter geokemiska ledtrådar för att förklara kväveförbrukning och växttillväxt i järnfattiga vatten, Rafter analyserade sedimentkärnor som går tillbaka till en miljon år, och han samlade vattenprover ombord på ett forskningsfartyg hundratals mil väster om Galapagosöarna.

Detta informerade den tidiga karriären oceanografens förståelse för mängden kväve som tas upp av växtplankton, som är grunden för havets livsmedelswebb. "Men jag kom till den punkt där jag sa, 'Vänta lite - järn är verkligen grejen, "sa han." Oavsett hur jag bakade beräkningarna, Jag kunde inte förklara kväveförbrukningen baserat på att järnet tillförs systemet. "

Rafter rådfrågade med Mackey, som gav input och numeriska verktyg för att lösa problemet. Krossar differentialekvationer i vad de kallade en "lådmodell, "forskarna drog slutsatsen att växtplankton måste använda någon strategi för att hålla järn i övre havet.

"När vi säger att järn återvinns i systemet mer effektivt än andra element, det låter inte så här stort, djupgående uttalande, men för oss som har studerat dessa samhällen, det är faktiskt en mycket viktig inblick i hur systemet fungerar, hur marint växtliv fungerar i havet, "Sa Rafter." Detta mikrobiella samhälle har funnit ett sätt att befrukta sig med järn. "

Papperet lägger stor vikt vid de biologiska och kemiska processerna av kväve, upptag av järn och koldioxid, men forskarna fokuserade också på den grundläggande fysiken som är involverad i de förändrade mönstren för havscirkulation och uppväxt över tid, som har betydelse för bredare miljöfrågor.

"Vad händer om ett decennium eller ett sekel eller en miljon år?" Sa Rafter. "Vår modell bevisar att om du ändrar hastigheten med vilken vatten kommer upp till ytan, du kan tillåta mer eller mindre järnåtervinning och självbefruktning av växtplankton. Och då får du mer kväveförbrukning och, i sista hand, mer av denna växttillväxt som kan påverka uppdelningen av koldioxid i havet/atmosfären - vilket påverkar det globala klimatet. "