ETH-forskare har slumpmässigt upptäckt att Gulf Stream-virvlar är rika på järn, och dessa virvlar transporterar detta viktiga mikronäringsämne till det järnfattiga Nordatlantiska Gyre. Innan denna upptäckt, det typiska antagandet var att denna del av havet tog emot järn främst från saharas damm.

Små havsdjur som cyanobakterier behöver stora mängder spårämnen som zink och järn. I världshaven, dock, det senare är ofta en bristvara. Detta gäller stora delar av Nordatlanten, speciellt det stora nordatlantiska gyret mellan Nordamerika, Kanarieöarna, Karibien och Golfströmmen.

Ända tills nu, forskare har vanligtvis antagit att damm från Sahara var den enda betydande källan till järn till Nordatlantiska Gyre. Nu har ETH-geokemister Tim Conway och Gregory de Souza upptäckt en annan källa:kyla, järnrikt havsvatten från den nordamerikanska kontinentalsluttningen, som fångas av golfströmmens slingrar och förs till Nordatlantiska Gyre. Deras studie publicerades nyligen i tidskriften Naturgeovetenskap .

Virvlar på ytan

Dessa "vattenfickor" är synliga vid havets yta som cirkulära virvlar, den största har en diameter på 200 kilometer. Under dem finns cylinderformade pelare som når ner till 1, 000 meter, roterar moturs på sina egna axlar. De håller i ungefär två år, under vilken tid deras rotation saktar ner när de blandas med vattnet i det nordatlantiska gyret och berikar det med järn. Några av vattenpelarna återvänder för att återupptas av Golfströmmen.

"Mängden järn från denna källa är förmodligen av samma storleksordning som den som levereras av sahara-damm, eftersom golfströmvirvlar ständigt bildas, medan dammstormar vanligtvis bara är korta händelser, säger de Souza, Seniorassistent vid Institutet för geokemi och petrologi vid ETH Zürich.

Ren nyfikenhet:"Snubblande" över järnrikt vatten

de Souza och före detta postdoc Conway (nu professor vid University of South Florida) fann de järnbärande Gulf Stream-virvlarna oväntat. Av ren nyfikenhet, de två forskarna undersökte några nyligen publicerade data som hade samlats in under en forskningskryssning från den nordamerikanska kusten till Bermuda. Dessa data inkluderade koncentrationerna av järn och zink löst i havsvatten från ytan till havsbotten.

På en plats nära Golfströmmen, ETH-forskarna noterade förhöjda järnkoncentrationer i ytan av det annars järnfattiga nordatlantiska gyret, nå värden som liknar dem för kustvatten. De insåg att forskningsfartyget hade, helt av en slump, provtog en Gulf Stream-virvel som transporterade järn in i det näringsfattiga vattnet i Nordatlanten.

Kvantitativa uppskattningar svåra

För att mer exakt bedöma och beräkna hur mycket järn som levereras på detta sätt, ETH-forskarna kontaktade sin kollega Jaime Palter, Professor vid University of Rhode Island och specialist på havscirkulation. Gregory de Souza förklarar:"Satelliter som observerar havsytans höjd gör det möjligt att känna igen virvlar från rymden. Eftersom vattnet i dem är tätare än det omgivande havet, virvlarna bildar ytsänkningar som ligger upp till en meter under resten av havsytan."

Från hennes analys av satellitdata, Palter fastställde att i genomsnitt, sju till åtta virvlar splittras från golfströmmen varje år. Baserat på det här, de tre forskarna kunde uppskatta mängden järn de bär, vilket de räknar ut för att vara ungefär 15 procent av det järn som levereras av sahara-damm.

Dock, det är svårt att jämföra de två källorna, eftersom uppgifterna är otillräckliga och något motsägelsefulla, som de Souza säger:"Framför allt är det inte klart hur mycket järn från Sahara-damm som faktiskt löser sig i havsvatten." Andelen järn som levereras till det nordatlantiska gyret av Gulf Stream-virvlarna kan lika gärna vara allt från 3 till 75 procent av det från damm. Detta breda utbud gör det omöjligt att mer exakt fastställa det relativa bidraget från järn från Gulf Stream-virvlar jämfört med det från Sahara-damm. "Vi behöver data med högre rumslig upplösning om vi ska kunna beräkna mängden järn från virvlarna mer exakt, " säger de Souza, "och vi behöver också en bättre förståelse för vilka parametrar som avgör lösligheten av järn i damm som levereras till havsytan."

Spårmetaller driver biologisk aktivitet

Järn, zink och andra spårmetaller är avgörande för överlevnaden av plankton och andra mikroskopiska invånare i det öppna havet, såsom kiselalger, alger eller bakterier. Cyanobakterier i synnerhet, som är särskilt rikliga i Nordatlantiska Gyre, spelar en nyckelroll i det globala kol- och kvävekretsloppet. De kan fotosyntesera och fixera atmosfäriskt kväve, vilket innebär att de stimulerar produktiviteten i havet. Dock, för att effektivt fixera kväve, de kräver stora mängder järn.

När havets cirkulationsmönster förändras, distributionen av spårämnen och näringsämnen förändras också. "Det är därför det är viktigt för oss att veta var järnet, zink och andra metaller kommer från, " säger de Souza. Han erkänner att klimatförändringar kan påverka vägarna för stora havsströmmar:"För närvarande, vi vet inte tillräckligt för att kunna förutsäga vilken effekt detta kan ha på spårmetaller, och därmed på produktiviteten i haven."