När Hawaiis vulkan Kilauea bröt ut 2018, den förstörde cirka 700 hem och skickade hundratals miljoner ton lava som strömmade ut i havet, skapa böljande moln och explosioner längs kusten. Snart, satellitbilder avslöjade att något annat hände:uppenbara enorma blomningar av marint växtplankton som dyker upp. Den juli, ett team av forskare gav sig ut i ett forskningsfartyg i flera dagar för att övervaka vattnet och ta prover dygnet runt, i ett försök att förstå vad som hände. Deras arbetshypotes:den svallande lavan levererade mineralnäring till det relativt näringsfattiga vattnet, sätta igång blomningen. Men, som berättas i en studie publicerad i tidskriften Vetenskap Denna vecka, de hade fel. En tidigare oanad mekanism var i arbete, en med bredare konsekvenser för hur marina biologiska processer fungerar.

Växtplankton är encelliga fotosyntetiska alger som utgör grunden för den marina näringsväven. De spelar också en nyckelroll i att reglera det globala klimatet, eftersom de suger upp enorma mängder kol, varav en del sjunker till botten när växtplanktonet dör. Dock, deras tillväxt är begränsad i många regioner, eftersom vattnet inte innehåller tillräckligt med nödvändiga näringsämnen för att gå runt. Fältlaget, ledd av forskare vid University of Hawaii och University of Southern California, antog först att blomningen skedde eftersom vulkaniskt damm och lava, rik på näringsämnen som järn och fosfat, matade den.

Direkta observationer och senare analyser visade att så inte var fallet. För en, järn och fosfat kom verkligen ut i vattnet, men inte i former som är tillgängliga för växtplanktonet att använda; de höll på att klumpa ihop sig till partiklar som organismerna inte kunde ta in. Å andra sidan vattnet laddades plötsligt med nitrat – ett näringsämne som normalt inte finns nära ytan här omkring, och som är praktiskt taget obefintlig i lava. Var kom nitratet ifrån, och använde växtplanktonet det?

I vanliga fall, forskare förväntar sig att finna att vattnet runt Hawaii domineras av extremt små arter som kallas picoplankton, vars tillväxt begränsas av överflöd av järn och fosfat. Men sammansättningen av organismerna hade förändrats dramatiskt; de dominerande arterna var nu större växtplankton som kallas kiselalger. Prover av växtplankton skickades till Sonya Dyhrman, en biologisk oceanograf vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory. Hon och Lamont associerade forskare Matthew Harke analyserade deras ämnesomsättning och fann att kiselalgerna reagerade kraftfullt på tillsatt nitrat.

"Det är verkligen spännande att se ett snabbt ingripande team av forskare arbeta tillsammans för att lösa ett mysterium, " sa Dyhrman. "Vi kunde använda vår analys för att bekräfta att nitrat var en viktig del av historien här, där vi hade trott att det skulle vara järn eller fosfat."

Teamet tror nu att de har identifierat en befruktningsmekanism som ingen hade tänkt på tidigare. De säger att lava som hällde ut i havet rörde om i grytan, sjunker så långt som 1, 000 fot under ytan. Där nere i det svala djupet, nitrat från döda organismer tenderar att samlas, och stannar mest där. Men lavan värmde vattnet, vilket gör att den snabbt växer upp. När väl det uppsvällda vattnet träffade zonen där solljuset tränger in, nitrathungriga kiselalger drog fördel och förökade sig snabbt. En bekräftelse på denna idé:strax efter att utbrottet upphörde, algblomningen avtog.

Vulkanologen Terry Plank och biologiska oceanografen Hugh Ducklow, båda också i Lamont-Doherty, skrev en kommentar som åtföljde studien. I det, de säger att ingen tidigare hade undersökt om utbrott kan spela en sådan roll i marina ekosystem. Än, haven är prickade med vulkaniska öar såväl som undervattensvulkaner inklusive förmodligen många som inte har upptäckts. Kan dessa påverka ebb och flödet av växtplankton och det bredare näringsnätet på oanade sätt? Bland annat, de säger, vulkanutbrott är kända för att bidra med koldioxid till atmosfären - men med den nya upptäckten, det verkar möjligt att de balanserar detta delvis genom att gynna växtplanktontillväxt som tar tillbaka en del av kolet. Plank och Ducklow spekulerar i att andra övergående fenomen som orkaner också kan spela en liknande roll genom att röra om näringsrikt vatten från djupet upp mot ytan.

Utbrottet och förmågan att studera det i realtid "gav en unik möjlighet att se på egen hand hur en massiv tillförsel av externa näringsämnen förändrar marina ekosystem, " sa huvudförfattaren Sam Wilson från University of Hawaii.