Särskilt kustområden och kontinentala marginaler är mycket aktiva gränser för förändringar i havsvatten med avseende på vissa elementförhållanden. Kredit:Fernando Jorge
Sammansättningsförhållandena för element som magnesium, kalcium eller strontium i havsvatten är ett viktigt medel för återuppbyggnaden av tidigare oceaniska processer. Hittills har man antagit att dessa kvoter är konstanta över långa tidsperioder och över stora ytor. Dock, en studie ledd av Kiel University (CAU) och GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel visar att viktiga grundämneskvoter i dagens hav är mycket mer varierande än man tidigare trott. Detta fynd väcker också frågor om rekonstruktionen av havshistorien. Studien publicerades i går i den internationella tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).
För att förstå nuvarande förändringar i havssystemet och för att kunna förutsäga framtida, en titt in i det förflutna kan hjälpa. Men data från direkt mätning av havsvattensammansättning går knappast 150 år tillbaka i tiden. För att få information från äldre tider använder forskare naturarkiv som indirekt ger oss inblick i processer i haven vid den tiden. Att bestämma förhållandet mellan vissa element i havsvatten, till exempel magnesium till kalcium eller strontium till kalcium, är ett viktigt verktyg i detta sammanhang. Dessa förhållanden är "frysta" i karbonatskeletten hos organismer som foraminifer eller koraller och gör det sedan möjligt att dra viktiga slutsatser om havsvattentemperaturer och andra miljöförhållanden i tidigare tider.
Tills nu, det har antagits att dessa elementära förhållanden i haven är relativt konstanta och att de bara förändras mycket långsamt under miljontals år. Nu, ett internationellt forskargrupp som leds av Kiel University (CAU) och GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel under paraplyet Future Ocean Network har kontrollerat denna hypotes i en omfattande studie. "Vi fann att variationen av magnesium-till-kalcium- och strontium-till-kalcium-förhållanden i dagens havsvatten kan variera avsevärt från ekosystem till ekosystem. Eftersom en i stort sett enhetlig sammansättning tidigare antogs i hela havet, frågan uppstår om en miljöeffekt har förbisetts, " säger Dr Mario Lebrato, som har initierat studien när han arbetade vid Institutet för geovetenskaper vid CAU.
Land-havsmarginalen är en aktiv zon för överföring av kemiska element, särskilt, eoliska partiklar, samt vattenmassor som påverkas av tidvattenverkan och floder. I detta fall, landhavet i Bazaruto-skärgården, i Indiska oceanen, är ett komplext system inklusive sanddyner, öppet hav, korallrev, och sjögräsängar, som adderar komplexitet till kvoterna som mäts i de kontinentala marginalernas vattenmassor. Kredit:Mario Lebrato
En enhet som används för att samla djupt vatten, kallas en CTD-rosett, utplaceras för att samla in djupvattenprover från Atlanten i Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS). Kredit:Mario Lebrato
För studien, forskare från mer än tio länder har samlat in och därefter analyserat 1100 prover i 14 olika ekosystem från vattenytan till 6000 meters djup på 79 fartygsexpeditioner världen över under en period av nio år. Resultaten är relevanta både för rekonstruktionen av havshistorien och för förståelsen av nuvarande biogeokemiska processer.
"För rekonstruktion av havsvattentemperaturer i tidigare epoker av jordens historia antogs väldefinierade och konstanta elementförhållanden i havsvatten hittills. I vårt laboratorium, vi har utvecklat speciella analytiska protokoll för att bestämma dessa förhållanden med mycket små osäkerheter. Våra nya högprecisionsdata visar nu att detta antagande inte alltid är korrekt, " säger medförfattaren Dr. Dieter Garbe-Schönberg, chef för laboratorierna för spårelementgeokemi vid CAU:s Institute of Geosciences.
Den här grafiken visar data för grundämnesförhållandena i havets övre 250 meter. Färgerna visar mångfalden av dessa förhållanden. Kredit:Mario Lebrato
"Det är spännande att se så stora rumsliga skillnader i elementära förhållanden i det moderna havet. Dessa fynd är svåra att matcha med våra nuvarande idéer om transport och blandning av vattenmassor och, därför, utgör en utmaning för havsmodellerare att förena dessa mönster med vad vi vet om havsfysik och sänkor och källor till dessa kemiska element, "tillägger prof. dr. Andreas Oschlies, chef för institutionen för biogeokemisk modellering vid GEOMAR och även medförfattare till studien.
Forskare måste nu förstå vad som orsakar den nuvarande variabiliteten av elementära förhållanden och vilka effekter det har. "Om vi har en djupgående förståelse för de underliggande mekanismerna, vi kommer att bättre kunna använda grundämnesförhållandena för olika marina vetenskapliga discipliner och frågor, " Dr. Lebrato betonar, som nu arbetar på Bazaruto Center for Scientific Studies i Mosambique, med sikte på framtiden. Detta är särskilt relevant för marina regioner nära kusten och på höga breddgrader i subpolära regioner. Här, de metoder som använts för att rekonstruera havstemperaturer i det förflutna måste korrigeras med hänsyn till de regionala ekosystemen.
