När kvävebaserade gödselmedel strömmar ut i vattendrag, resultatet kan vara dödligt för marint liv nära stranden, men vad är effekten av kväveföroreningar långt ute i det öppna havet?

En 130 år gammal hjärnkorall har gett svaret, åtminstone för Nordatlanten utanför USA:s östkust. Genom att mäta kvävet i korallens skelett, ett team av forskare ledda av Princeton University fann betydligt mindre kväveföroreningar än vad som tidigare uppskattats. Studien publicerades online i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Till vår förvåning, vi såg inga bevis på ökad kväveförorening i Nordatlanten under de senaste decennierna, " sa Xingchen (Tony) Wang, som utförde arbetet som en del av sin doktorsexamen i geovetenskap vid Princeton och nu är postdoktor vid California Institute of Technology.

Tidigare arbete av det Princeton-baserade teamet, dock, hittade förhöjda kväveföroreningar i en annan plats i öppet hav i Sydkinesiska havet, sammanfaller med den dramatiska ökningen av kolproduktion och användning av gödningsmedel i Kina under de senaste två decennierna.

I den nya studien, forskarna tittade på korallskelettprover som samlats in i det öppna havet cirka 620 miles öster om den nordamerikanska kontinenten nära ön Bermuda, en region som tros vara starkt påverkad av luftburet kväve som släpps ut från källor på det amerikanska fastlandet som fordonsavgaser och kraftverk.

Även om teamet inte hittade några bevis för att mänskligt skapat kväve var på uppgång, forskarna noterade variationer i kväve som motsvarade nivåer som förväntades från ett naturligt klimatfenomen som kallas den nordatlantiska oscillationen, sa Wang.

Resultatet är i kontrast till tidigare publicerade datormodeller som förutspådde en betydande ökning av kväveförorening av människan i Nordatlanten.

Arbetet kan tyda på att amerikanska föroreningskontroller framgångsrikt begränsar mängden mänskligt genererade kväveutsläpp som kommer ut i havet.

"Vårt fynd har viktiga konsekvenser för framtiden för mänskligt kvävepåverkan på Nordatlanten, ", sa Wang. "Till stor del på grund av framsteg inom föroreningsteknik, mänskliga kväveutsläpp från USA har varit stabila eller till och med minskat under de senaste decennierna, " sa han. "Om utsläppen fortsätter på denna nivå, våra resultat tyder på att den öppna Nordatlanten kommer att förbli minimalt påverkad av kväveföroreningar under de kommande decennierna."

Kväve, när den är i sin biologiskt tillgängliga form och tillförs i överskott, kan orsaka överväxt av växter och alger och leda till allvarliga ekosystemskador, inklusive marina "döda zoner" som bildas när mikroorganismer förbrukar allt syre i vattnet, lämnar ingen för fisk. Gödseltillverkning och förbränning av fossila bränslen har kraftigt ökat produktionen av biologiskt tillgängliga, eller "fixat, "kväve sedan början av 1900-talet.

När det släpps ut till atmosfären, fast kväve kan påverka havet långt från land. Dock, effekterna på havet är svåra att studera på grund av utmaningarna med att göra långtidsobservationer i det öppna havet.

Koraller kan hjälpa. Steniga eller "Scleractinian" koraller är långlivade organismer som bygger ett kalciumkarbonatskelett när de växer. Korallerna suger upp kväve från det omgivande vattnet och avsätter en liten del i sina skelett. Skeletten ger ett naturligt register över kväveutsläpp.

För att särskilja mänskligt skapade, eller antropogen, kväve från naturligt förekommande slag, forskarna drar fördel av att kväve finns i två vikter. Den tyngre versionen, känd som 15N, innehåller en neutron mer än den lättare 14N. Antropogent kväve har ett lägre förhållande av 15N till 14N än vad kvävet i havet har.

"Det har länge varit min dröm att använda kvävet i korallskelett för att rekonstruera tidigare miljöförändringar; tack vare Tony, vi gör det nu, sa Daniel Sigman, Dusenbury professor i geologiska och geofysiska vetenskaper vid Princeton.

Medan en doktorand vid Princeton, Wang utvecklade en känslig och exakt metod för att mäta förhållandet 15N till 14N med hjälp av en masspektrometer, som är som en badrumsvåg för att väga molekyler.

För att samla in korallprover i Nordatlanten, Wang och Anne Cohen, en associerad forskare i geologi och geofysik vid Woods Hole Oceanographic Institution, ledde ett team 2014 till Bermuda. Utredarna tog bort en 23 tum lång kärna från en levande hjärnkorall ( Diploria labyrinthiformis ) cirka 10 fot under ytan på Hog Reef, cirka sex mil från huvudön. Forskarna bekräftade att Bermudas kväveavrinning inte var en faktor på platsen genom att mäta kvävenivåer i plankton som flyter i närheten.

Studien, "Naturlig forcering av den nordatlantiska kvävecykeln under antropocen, " av Xingchen Tony Wang, Anne Cohen, Victoria Luu, Haojia Ren, Zhan Su, Gerald Haug och Daniel Sigman, publicerades online veckan den 1 oktober, 2018 i Proceedings of the National Academy of Sciences .