Mitten av jordens hav är fylld med stora system av roterande strömmar som kallas subtropiska gyrer. Dessa regioner upptar 40% av jordens yta och har länge ansetts vara anmärkningsvärt stabila biologiska öknar, med liten variation i kemisk smink eller näringsämnen som behövs för att upprätthålla livet.

Dock, det finns en märklig anomali i det subtropiska Gyre-ekosystemet i norra Stilla havet som har förbryllat forskare i flera år. I denna region som ockuperar Stilla havet mellan Kina och USA, kemin förändras med jämna mellanrum. Det finns en särskilt anmärkningsvärd fluktuation i nivåerna av fosfor och järn, som påverkar den totala näringssammansättningen och i slutändan påverkar biologisk produktivitet.

I en ny studie publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences , en grupp forskare avslöjade orsaken bakom dessa variationer i ekosystemet North Pacific Subtropical Gyre. I gruppen ingår Matthew Church, en mikrobiell ekolog vid University of Montanas Flathead Lake Biological Station, såväl som Oregon State Universitys Ricardo Letelier och University of Hawaiis David Karl, bland andra.

"Variationer i havsklimatet verkar reglera järntillgången, förändra de typer av plankton som växer i dessa vatten, som i slutändan kontrollerar koncentrationerna av näringsämnen i havet, " sade kyrkan. "Mitt laboratorium har arbetat med frågor relaterade till planktons roll för att kontrollera tillgången på näringsämnen i havet i många år, och denna studie sätter mycket av det arbetet i sitt sammanhang. Som ett resultat av ihållande, långsiktiga observationer, vårt arbete bekräftar hur tätt kopplad planktonbiologin är till försörjningen av näringsämnen, särskilt järn, levereras från atmosfären. "

Med hjälp av tre decennier med observationsdata från station ALOHA, ett sex mil långt område i Stilla havet norr om Hawaii tillägnat oceanografisk forskning, teamet upptäckte att den periodiska förändringen i järnhalterna beror på järntillförsel från asiatiskt damm, ta hänsyn till de kemiska variationerna och tillhandahålla varierande mängder näringsämnen för att upprätthålla liv.

Nyckeln till 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 i nordöstra Stilla havet, vindarna från Asien blir starkare och rör sig i sydligare riktning. Detta för mer damm från den asiatiska kontinenten, "befruktar" havet som omger Station ALOHA. När trycket förstärks, motsatsen inträffar.

Tillförseln av näringsämnen är en grundläggande regulator av havets produktivitet, och fosfor och järn är nyckelkomponenter för livet. Vanligtvis, havets övre vattenpelare befruktas av näringsrikt vatten som blandas upp från djupet. Detta är en svår process i ekosystemet i North Pacific Subtropical Gyre eftersom vattnet är mycket skiktat och lite blandning faktiskt äger rum.

När starka asiatiska vindar tar in betydande mängder järn, organismer får växa och använda fosfor i de övre lagren av havet. När asiatiska vindar försvagas och järninmatningen minskar, organismer tvingas återgå till ett djuptvattenblandande näringssystem. Detta skapar det periodiska ebb och flöde av järn- och fosfornivåer i North Pacific Gyre.

Church sa att resultaten från denna studie understryker det kritiska behovet av att inkludera både atmosfärisk och havscirkulationsvariation när man förutspår hur klimatförändringar kan påverka havets ekosystem.

"Det bekräftar behovet av att tänka på hur tätt kopplad planktonbiologi är till klimatförändringar och i slutändan också till förändringar i markanvändning, som direkt kan påverka dammtillförseln till havet, " han sa.

När jordens temperatur fortsätter att värma, forskare förväntar sig att se långsiktiga förändringar i vindmönster över norra Stilla havet. Utvecklingen av markanvändning och föroreningar som drivs av mänsklig aktivitet i Asien kommer också att påverka källorna och storleken på järn och andra näringsämnen som bärs av vinden över havet.

Ytterligare forskning behövs för att bättre förstå hur dessa förändringar i slutändan kommer att påverka ekosystemen i denna havsregion, liksom andra runt om i världen.