Östersjön är hem för några av världens största döda zoner, områden med syresvälta vatten där de flesta marina djur inte kan överleva. Men medan delar av detta hav länge har lidit av låga syrenivåer, en ny studie av ett team i Finland och Tyskland visar att syreförlusten i kustområden under det senaste århundradet är enastående under de senaste 1500 åren. Forskningen publiceras idag i tidskriften European Geosciences Union Biogeovetenskap .

Enligt forskarna, föroreningar orsakade av människor, från gödningsmedel och avloppsvatten som rinner från länderna kring Östersjön i havet, är den främsta drivkraften bakom den senaste tidens syreförlust i regionens kustvatten. Spridningen av områden med låg syrehalt kan få fruktansvärda konsekvenser för miljön och för lokalbefolkningen eftersom det kan minska fiskavkastningen och till och med leda till massiv dödlighet av marina djur.

"Östersjön påverkades starkt av mänskligt näringstillförsel under 1900-talet och upplever fortfarande arvet från dessa tillsatser idag, säger Tom Jilbert, en biträdande professor vid Helsingfors universitet, Finland, som deltog i forskningen. Men trots de senaste åtgärderna för att minska utsläppet av förorenande näringsämnen, forskarna skriver i den nya studien att de fann "inga bevis för återhämtning" från syrebrist i skärgårdshavet, ett kustområde mellan Finlands fastland och Sverige som är en del av Östersjön.

Ett skäl, de säger, kan vara klimatförändringar. Eftersom varmt vatten är mindre effektivt för att hålla syre, "den globala uppvärmningen kommer sannolikt att förvärra syrebrist, säger Sami Jokinen, forskare vid Åbo universitet, Finland, och huvudförfattare till studien Biogeosciences. Jilbert tillägger:"Klimatförändringar var inte huvudorsaken till den nuvarande döda zonen, men det är en viktig faktor som försenar återhämtningen."

För att ta reda på vad som underblåste syreförlusten tidigare och vilken roll klimatet spelade, teamet borrade och studerade en 4 meter lång sedimentkärna från havsbotten i Skärgårdshavet. Detta gjorde att de kunde se, för första gången, hur syrenivåerna förändrats i detta område under de senaste 1500 åren. Denna period inkluderar den medeltida klimatanomalin, en tid med varmare klimat men låga näringsföroreningar från 900 till omkring 1350, såväl som modern tid.

"Det intressanta resultatet från vår studie är att, i kustområdena, syreförlust i den moderna perioden sticker verkligen ut, på grund av den starka signalen från den senaste tidens mänskliga näringstillförsel, " säger Jilbert. Teamet fann att syrehalterna också var låga under den varmare medeltida perioden, men de skriver i sin studie att den nuvarande syreförlusten är "oöverträffat allvarlig, " som visar hur överskottsföroreningar och varmare temperaturer kan kombineras för att få döda zoner att frodas.

Teamet fann också att denna senaste syreförlust började i början av 1900-talet, årtionden innan man tidigare trodde och före regelbunden övervakning av vattenkvaliteten. "Detta är förvånande eftersom 1950-talet ofta betraktas som en period av ökande syrebrist i Östersjön, som har kopplats till den avsevärda ökningen av människoinducerade näringsämnen runt den tiden, ", säger Jokinen. Landmassan i Östersjöområdet har ökat sedan slutet av istiden tog bort tunga inlandsisar från regionen, och denna höjning gör vissa kustområden mer känsliga för syreförlust. "Dessutom, vi hittade bevis på markant människoinducerad näringsbelastning redan vid 1900-talets början, som sannolikt stimulerade syrebrist i kustområden, " han fortsätter.

Denna näringstillförsel har långtidseffekter, vilket gör det svårt att stoppa den pågående spridningen av döda zoner. Floder i de bebodda kustlinjerna i Östersjön transporterar näringsämnen i havet, utlöser algblomning. När algerna dör, de sjunker till havsbotten och bryts ned av bakterier, som använder syre i denna process. "Om mänskligt näringstillförsel minskar, detta kan förväntas minska blomningen och krympa den döda zonen, " förklarar Jilbert. Men, i döda zoner, de ruttnande algerna frigör fosfor mer effektivt, som sedan rinner tillbaka till ytvatten där det leder till tillväxt av cyanobakterier (blågröna bakterier), som, i tur och ordning, fånga upp kväve från atmosfären. "Som ett resultat, den totala mängden näringsämnen – fosfor och kväve – i vattnet förblir hög även efter att människans tillförsel har minskat, " säger Jilbert. "Det är en självuppehållande ond cirkel som kan ta decennier att vända, ", tillägger Jokinen.

"Nu för tiden, och sannolikt i framtiden, syreförlusten i Skärgårdshavet upprätthålls av det fortsatta läckaget av näringsämnen från jordbruksmarken, frigörandet av fosfor från sedimenten till vattenpelaren på grund av låga syrehalter, och av den pågående globala uppvärmningen." säger Jokinen. "Förhoppningsvis kommer vår studie att bidra till ett bättre erkännande av klimatförändringar som en betydande drivkraft för syreförlust i Östersjön vid sidan av mänskligt inducerad näringsbelastning. För att uppnå god ekologisk status i kustområden under den förväntade globala uppvärmningen, den nödvändiga minskningen av näringstillförseln kan vara högre än man tidigare trott, avslutar Jokinen.

"Den goda nyheten är att många länder i Östersjöns avrinningsområde har tagit betydande steg mot att minska näringstillförseln, ", säger Jilbert. "I vissa kustregioner ser vi redan förbättringar. Bättre förståelse för balansen mellan tillförsel av näringsämnen och klimatförändringar kommer därför att hjälpa till att styra förvaltningen av Östersjön i framtiden."