Forskare vid Stanford University säger att de har hittat en akvatisk motorväg som låter näringsämnen från jordens mage svepa upp till ytvatten utanför Antarktis kust och stimulera explosiv tillväxt av mikroskopiska havsalger.

Deras studie, publicerad 5 juni i tidskriften Naturkommunikation , tyder på att hydrotermiska öppningar – öppningar i havsbotten som strömmar ut brännande heta strömmar av mineralrik vätska – kan påverka livet nära havets yta och den globala kolcykeln mer än man tidigare trott.

Mathieu Ardyna, en postdoktor och studiens huvudförfattare, sade forskningen ger de första observerade bevisen på att järn från södra oceanens djup förvandlar normalt anemiskt ytvatten till hotspots för växtplankton - de små algerna som upprätthåller det marina näringsnätet, dra värmefångande koldioxid ur luften och producera en enorm mängd av det syre vi andas. "Vår studie visar att järn från hydrotermiska ventiler kan välla upp, resa över hundratals miles av öppet hav och låta växtplankton frodas på några mycket oväntade platser, " han sa.

Kevin Arrigo, en professor i jordsystemvetenskap och senior författare till tidningen, kallade fynden "viktiga eftersom de visar hur intimt sammankopplade djuphavet och ythavet kan vara."

Mystiska blommor

Växtplankton behöver järn för att trivas, och det begränsar deras överflöd i stora delar av havet där koncentrationerna av näringsämnen är låga. Men när förutsättningarna är de rätta, växtplankton kan också växa explosivt, blommar över tusentals kvadratkilometer på några dagar.

Det var vad Ardyna märkte nyligen när han tittade på data som registrerats 2014 och 2015 av en flotta av flytande robotar utrustade med optiska sensorer i södra oceanen. Mer än 1, 300 miles utanför Antarktis kust och 1, 400 miles från den afrikanska kontinenten, två oväntat stora blomningar dök upp i ett område känt för allvarlig järnbrist och låga koncentrationer av klorofyll, en indikator på växtplanktonpopulationer.

Massiva blomningar i denna region kunde bara vara möjliga med ett tillflöde av järn. Ardyna och Arrigo uteslöt snabbt havets vanligaste källor, inklusive kontinentalsockeln, smältande havsis och atmosfäriskt damm, som helt enkelt var för långt borta för att ha stort inflytande.

Det fick dem att misstänka att näringsämnet måste välla upp underifrån, möjligen från en rad hydrotermiska öppningar som prickar en ås i mitten av havet 750 miles från där de massiva blomningarna oförklarligt hade dykt upp. För att hjälpa till att testa deras hypotes, de rekryterade ett internationellt team av medarbetare specialiserade på olika aspekter av oceanografi och modellering.

"Det har länge varit känt att hydrotermiska ventiler skapar unika och djupa oaser av liv, " sa Ardyna. Tills nyligen, forskare trodde i allmänhet att de närande effekterna förblev ganska lokala. Men en växande mängd bevis från datorsimuleringar av havsdynamik har antytt att järn och andra livsuppehållande element som spys ut från hydrotermiska öppningar faktiskt kan ge bränsle till planktonblomningar över mycket bredare områden.

Dock, direkta mätningar har saknats.

I södra oceanen, det beror delvis på den avlägsna platsen, extrem kall och grov sjö, som gör det svårt att studera på nära håll eller samla in korrekta data. "Dina sensorer måste vara på rätt plats vid rätt tidpunkt för att se dessa blomningar, " Satelliter kan underskatta intensiteten eller missa dem helt på grund av dålig täckning eller stark blandning av vattenpelaren, som trycker ner växtplankton för djupt för satelliter att se."

Ledtrådar från rymden, flytande robotar

För att spåra flödet av partiklar från ventilerna på mitten av oceanryggen, forskarna analyserade data från satelliter som mäter klorofyll och från autonoma, sensorbelastade bojar som kallas Argo-floats. När de dyker och driver längs havsströmmar, några av dessa bojar upptäcker klorofyll och andra proxies för växtplanktonbiomassa. "Flytarna ger oss värdefull och unik data, täcker en stor del av vattenpelaren ner till 1, 000 meter djupt under en hel årscykel, sa Ardyna.

Forskarna kunde inte direkt mäta järn i vattnet, utan analyserade istället mätningar av helium som samlats in av vetenskapliga kryssningar på 1990-talet. Närvaron av helium signalerar vatten som påverkas av hydrotermiska ventiler, som trattar stora mängder urhelium från under jordskorpan.

Klorofyllet, fytoplankton- och heliumdata tyder på att en kraftfull ström som cirkulerar Antarktis tar upp näringsämnen som stiger upp från ventilerna. Två turbulenta, Snabbt rörliga grenar av strömmen transporterar sedan näringsämnena österut i en månad eller två innan de serveras som en bankett till undernärt växtplankton. Tillsammans med vårsolens ankomst som växtplankton behöver för fotosyntes, leveransen utlöser en massiv blomning som sannolikt kan absorbera och lagra betydande mängder kol från atmosfären, sa Arrigo, som också är Donald och Donald M. Steel professor i geovetenskap.

Över tid, blommorna driver österut mot strömmen som rasar runt Antarktis och bleknar när havsdjur slukar dem. "Vi misstänker att dessa hotspots antingen konsumeras eller exporteras till djupa vatten, sa Ardyna.

Varje blomning varar lite mer än en månad, men mekanismerna som utlöser dem är sannolikt vanligare i det globala havet än vad forskare tidigare misstänkt.

"Hydrotermiska ventiler är utspridda över hela havsbotten, ", sa Ardyna. Att veta om vägarna som för deras näringsämnen upp till ytvatten kommer att hjälpa forskare att göra mer exakta beräkningar om flödet av kol i världshaven. "Mycket återstår att göra för att avslöja andra potentiella hotspots och kvantifiera hur denna mekanism är förändra kolets kretslopp."