I århundraden, pelagisk Sargassum, flytande brun tång, har odlat i vatten med låga näringsämnen i Nordatlanten, stöds av naturliga näringskällor som utsöndringar från fiskar och ryggradslösa djur, uppsvällning och kvävefixering. Genom att använda en unik historisk baslinje från 1980-talet och jämföra den med prover som samlats in sedan 2010, forskare från Florida Atlantic Universitys Harbor Branch Oceanographic Institute och medarbetare har upptäckt dramatiska förändringar i kemin och sammansättningen av Sargassum, omvandla denna levande levande organism till en giftig "död zon".

Deras resultat, publiceras i Naturkommunikation , tyder på att ökad kvävetillgång från naturliga och antropogena källor, inklusive avloppsvatten, stödjer Sargassums blomningar och förvandlar en kritisk plantskola till skadliga algblomningar med katastrofala effekter på kustnära ekosystem, ekonomier, och människors hälsa. Globalt, skadliga algblomningar är relaterade till ökad näringsförorening.

Studien, leds av FAU Harbour Branch, i samarbete med University of South Florida, Woods Hole Oceanographic Institution, University of Southern Mississippi, och Florida State University, utformades för att bättre förstå effekterna av kväve- och fosfortillförsel på Sargassum. Forskare använde en baslinjevävnadsdatauppsättning av kol (C), kväve (N) och fosfor (P) och molära C:N:P-förhållanden från 1980-talet och jämförde dem med nyare prover som samlats in sedan 2010.

Resultaten visar att andelen vävnads-N ökade signifikant (35 procent) samtidigt som andelen fosfor (42 procent) i Sargassum-vävnad minskade från 1980-talet till 2010-talet. Elementarsammansättningen varierade avsevärt under långtidsstudien, liksom C:N:P-förhållandena. I synnerhet, den största förändringen var förhållandet kväve:fosfor (N:P), som ökade markant (111 procent). Kol:fosforkvoterna (C:P) ökade också på liknande sätt (78 procent).

"Data från vår studie stöder inte bara en primär roll för fosforbegränsning av produktiviteten, men antyder också att fosfors roll som ett begränsande näringsämne förstärks av den relativt stora ökningen av kvävetillförseln från marken, atmosfäriska ingångar, och möjligen andra naturliga källor såsom kvävefixering, sa Brian Lapointe, Ph.D., senior författare, en ledande expert på Sargassum och en forskningsprofessor vid FAU Harbour Branch.

Totalt 488 vävnadsprover av Sargassum samlades in under olika forskningsprojekt och kryssningar i Nordatlantens bassäng mellan 1983-1989 och på senare tid mellan 2010-2019, och inkluderade säsongsbetonad provtagning utanför Looe Key-revet i nedre Florida Keys (1983 och 1984) och en bredare geografisk provtagning (1986 och 1987) utanför Florida Keys, Golfström (Miami, Charleston och Cape Fear), och Belize, Centralamerika. Oceaniska stationer inkluderade de norra, centrala och södra Sargassohavet.

Den högsta andelen kväve i vävnad förekom i kustvatten påverkade av kväverikt avrinning på land, medan lägre C:N- och C:P-kvoter inträffade på vintern och våren under toppavlopp i floden. Det totala intervallet för N:P-förhållanden var 4,7 till 99,2 med det högsta medelvärdet i västra Florida Bay (89,4) följt av platser i Mexikanska golfen och Karibien. De lägsta N:P-förhållandena observerades i östra Karibien vid St. Thomas (20,9) och Barbados (13,0).

På grund av antropogena utsläpp av kväveoxider (NO _x ), nejet _x Deponeringshastigheten är ungefär fem gånger högre än den förindustriella tiden, till stor del på grund av energiproduktion och förbränning av biomassa. Produktionen av konstgödselkväve har niodubblats, medan den för fosfat har tredubblats sedan 1980-talet, vilket bidrar till en global ökning av N:P-kvoterna. I synnerhet, 85 procent av alla syntetiska kvävegödselmedel har skapats sedan 1985, vilket var kort efter att baslinjeprovtagningen av Sargassum började vid Looe Key 1983.

"Över sin breda spridning, det nybildade Storatlantiska Sargassumbältet kan stödjas av kväve- och fosfortillförsel från en mängd olika källor, inklusive utsläpp från Kongo, Amazonas och Mississippifloderna, uppväxande utanför Afrikas kust, vertikal blandning, ekvatorial uppströmning, atmosfäriskt nedfall från sahara-damm, och biomassabränning av vegetation i centrala och Sydafrika, sa Lapointe.

Långsiktiga satellitdata, numeriska partikelspårningsmodeller, och fältmätningar indikerar att det stora Atlantiska Sargassumbältet har återkommit årligen sedan 2011 och sträckt sig upp till 8, 850 kilometer från Afrikas västkust till Mexikanska golfen, nådde sin topp i juli 2018.

"Med tanke på de negativa effekter som det stora Atlantiska Sargassumbältet har på kustsamhällena i Afrika, Karibien, Mexikanska golfen och södra Florida, mer forskning behövs omedelbart för att bättre informera samhällets beslutsfattande angående begränsning och anpassning av de olika terrestra, oceaniska, och atmosfäriska drivkrafter för Sargassum-blomningen, sa Lapointe.

Sargassum avlägsnande från Texas stränder under tidigare, mindre allvarliga översvämningar uppskattades till 2,9 miljoner USD per år och bara Floridas Miami-Dade County uppskattade de senaste flyttkostnaderna på 45 miljoner USD per år. Den karibiska saneringen 2018 kostade 120 miljoner dollar, som inte inkluderar minskade intäkter från förlorad turism. Sargassumstrandningar påverkar också det marina livet och orsakar andningsproblem från sönderfallsprocessen och andra människors hälsoproblem, såsom ökade fekala bakterier.

"Mänskliga aktiviteter har kraftigt förändrat det globala kolet, kväve, och fosforcykler, och kvävetillförsel anses nu vara "hög risk" och över en säker planetarisk gräns, ", sa Lapointe. "Baserat på vetenskaplig forskning, befolkningstillväxt och förändringar i markanvändningen har ökat kväveföroreningar och försämring av flodmynningar och kustvatten sedan åtminstone 1950-talet. Trots minskad kvävebelastning i vissa kustvattendelar, N:P-förhållanden är fortfarande höga i många floder jämfört med historiska värden. Trenden mot högre N:P-förhållanden i de stora floderna i Atlanten är parallell med de ökade N:P-förhållandena vi nu ser i Sargasum."