De enorma subtropiska "gyresna - stora system av roterande strömmar i mitten av haven - täcker 40 procent av jordens yta och har länge ansetts vara biologiska öknar med skiktat vatten som innehåller mycket lite näringsämnen för att upprätthålla liv.

Dessa regioner anses också vara anmärkningsvärt stabila, Ändå har forskare dokumenterat en anomali i det subtropiska Gyre-ekosystemet i norra Stilla havet som har förbryllat oceanografer i flera år:regionens kemi förändras med jämna mellanrum, särskilt halter av fosfor och järn, påverkar den totala näringssammansättningen och i slutändan dess biologiska produktivitet.

I en ny studie publicerad i veckan i Proceedings of the National Academy of Sciences , forskare dokumenterar vad som orsakar dessa variationer:förändringar i mängden järn som avsätts i havet via damm från Asien.

"Vi vet nu att dessa områden som ansågs vara karga och stabila faktiskt är ganska dynamiska, "sa Ricardo Letelier, en biogeokemist och ekolog från Oregon State University, som i samarbete med David Karl vid University of Hawaii ledde denna studie. "Eftersom dessa områden täcker så mycket av jordens yta, vi behöver veta mer om hur de fungerar för att bättre kunna förutsäga hur systemet kommer att reagera på klimatvariationer i framtiden."

Studien fokuserade på North Pacific Subtropical Gyre, och använde tre decennier av observationsdata från Station ALOHA av Hawaii Ocean Time-series-programmet, som finansieras av National Science Foundation.

Ytskiktet av norra Stilla havet kännetecknas av mycket klart vatten med knappt några näringsämnen. Den extraordinära optiska klarheten i dessa vatten gör att solljus kan tränga djupt in i vattenspelaren och stödja fotosyntetisk aktivitet under 100 meter (eller 328 fot).

Vanligtvis, havets övre vattenpelare befruktas av näringsrikt vatten som blandas från djupet, men dessa vatten är mycket skiktade och lite blandning sker. Djupare vatten (hundratusentals till tusentals meter under ytan) berikas på näringsämnen genom nedbrytning av resterna av små organismer som växte och skördade de knappa näringsämnena i ytlagren innan de sjunker mot havsbotten.

Både fosfor och järn är nyckelkomponenter för livet och forskarna märkte att nivåerna av dessa näringsämnen i ytvattnet i norra Stilla havet förändrades avsevärt under studiens tre decennier.

Letelier sa att teamet kunde relatera dessa förändringar till järntillförseln från asiatiskt damm - en kombination av ökenspridningen av den kontinenten, med förbränning, speciellt skogsbränder och fabriksproduktion och vindmönstren över norra Stilla havet – som stod för variationen och gav varierande mängder näringsämnen för att upprätthålla liv.

Och en nyckel till den variansen är Pacific Decadal Oscillation, ett förhållande mellan hav och atmosfär som varierar mellan svaga och starka faser av atmosfärstryck i nordöstra Stilla havet. Under år då lågtrycket försvagas, vindar från Asien blir starkare, flytta mer söderut, och ta med mer damm, gödslar havet kring Station ALOHA. När trycket förstärks, motsatsen sker.

Stark vind kan ge betydande mängder järn, tillåta organismer att växa och utnyttja all fosfor i de övre lagren av havet. Dock, eftersom det mesta av järnet inte är lösligt, djupa vatten är berikade på fosfor i förhållande till järn. Därav, när vindarna är svagare, det finns lite järntillförsel för att gödsla och avlägsna eventuellt överskott av fosfor i de övre lagren som kan tillföras genom djupvattenblandning.

"Ibland finns det perioder på 5-6 år av fosforanrikning, och sedan finns det perioder när det växlar över, " sa Letelier. "Från 2000 till 2007, det fanns nästan ingen fosfor. Vi har sett vissa förändringar i ekosystemets funktion, men vi har ännu inte sett signifikanta förändringar i den biologiska sammansättningen. De kanske kommer; det är för tidigt att säga."

När Artic värmer, forskarna säger att de förväntar sig att se långsiktiga förändringar i vindmönster över norra Stilla havet. Dessutom, utvecklingen av markanvändning och föroreningar som drivs av antropogen aktivitet i Asien kommer att påverka källorna och storleken på järn och andra näringsämnen som bärs av vinden över havet.

Hur dessa förändringar kommer att påverka transporten av järnrikt stoft till östra Stilla havet och påverka produktiviteten i denna stora oceaniska region är fortfarande en öppen fråga.