Forskare vid Georgia Institute of Technology har undersökt färdigt hur den förhistoriska försvagningen av en stor havsström ledde till en minskning av havets näringsämnen och negativa effekter på livet i Nordatlanten. Resultaten stöder förutsägelser om hur våra hav kan reagera på ett förändrat klimat – och vad det betyder för havets liv.
Nordatlanten är ett nav för biologisk aktivitet, till stor del beroende på Golfströmmen, som försörjer en rik ström av näringsämnen. Forskare har spekulerat i att vårt föränderliga klimat kan leda till en minskning av näringsämnen och biologisk aktivitet i Nordatlanten på grund av en försvagning av havscirkulationen – men denna teori har tidigare bara stötts av modeller.
Nu, genom att studera sediment begravda vid Golfströmmens ursprung, har teamet genomfört en första i sitt slag undersökning av effekterna av en liknande klimatinducerad nedgång för nästan 13 000 år sedan, när jorden lämnade den senaste istiden.
Tidningen "A Minished North Atlantic Nutrient Stream Under Younger Dryas Climate Reversal" publicerades i Science Denna vecka. Under ledning av Jean Lynch-Stieglitz, professor vid School of Earth of Atmospheric Sciences vid Georgia Tech, inkluderade teamet även Lynch-Stieglitz tidigare studenter:Tyler Vollmer, Shannon Valley och Eric Blackmon, tillsammans med Sifan Gu (Jiao Tong University School) of Oceanography), och Thomas Marchitto (University of Colorado, Boulder).
"Forskningen testar ett koncept som tidigare bara har utforskats i teori och modeller," säger Lynch-Stieglitz. "Den storskaliga atlantiska vältande cirkulationen ger de näringsämnen som ligger bakom biologisk produktivitet i Nordatlanten."
Eftersom strömmen förväntas fortsätta att försvagas under nästa århundrade till följd av utsläpp av växthusgaser, räknar forskarna med att Nordatlanten kommer att ta emot allt färre näringsämnen.
"Det här konceptet har verkliga konsekvenser för havens och fiskets framtida hälsa," förklarar Lynch-Stieglitz. Effekterna sträcker sig från en minskning av fiskpopulationer till att potentiellt påverka mängden CO2 havet kan ta upp.
"De dramatiska klimatförändringarna som jorden har upplevt tidigare kan hjälpa oss att förstå vilka delar av jordsystemet som är sårbara för förändringar, och hjälpa oss att utvärdera idéer om effekterna av den pågående klimatförändringen", tillägger hon.
Ett osannolikt mysterium
Teamet studerade Younger Dryas, en period under övergången från den senaste istiden när det skedde en försvagning av den atlantiska cirkulationen. Genom att undersöka hur näringsströmmen förändrades när cirkulationen försvagades tidigare, hoppades forskarna bättre förstå vad vi kan förvänta oss av dagens uppvärmande hav.
Teamet satte sig dock inte till en början med detta mål i åtanke – arbetet började som ett grundutbildningsprojekt med ett spännande mysterium. Eric Blackmon, då student i Lynch-Stieglitz labb, var intresserad av att undersöka försvinnandet av en planktonart från Nordatlanten under den senaste istiden.
"Resultatet av denna studie var förbryllande," minns Lynch-Stieglitz. Teamet bestämde sig för att använda en sällan använd teknik för att bättre förstå resultaten. Metoden att rekonstruera syrekoncentrationen i havsvattnet gav en ovanligt tydlig bild av hur syrekoncentrationen i havsvattnet hade förändrats genom tiden.
"Vårt team insåg att i kombination med en tidigare rekonstruktion av havsvattenkemin gav tekniken nyckelinformation om historien och mekanismerna för näringstillförsel till Nordatlanten," säger Lynch-Stieglitz. "Vi försökte svara på en liten fråga och under vägen upptäckte att vår data har bredare implikationer än vi förväntat oss."
Med denna nya teknik analyserade teamet lager av sediment i Floridasundet, en smal passage mellan Florida Keys och Kuba, där Mexikanska golfen och Atlanten möts. Genom att kärna in i dessa lager och ta ett cylindriskt prov, "lagren av ackumulerande sediment ger en miljöhistoria på platsen", förklarar Lynch-Stieglitz. I det här fallet tittade vi på hur skalen från encelliga organismer kallas foraminifera förändrats med tiden." Eftersom foraminifera lever på havsbotten, deras skal ackumuleras i varje lager av sediment, vilket bevarar viktiga kemiska signaturer som kan användas för att rekonstruera kemin i havet där de bodde.
"Det är ganska häpnadsväckande att havskemi från det förflutna kan rekonstrueras så detaljerat med hjälp av vackra, små skal," säger Lynch-Stieglitz.
Forskningen visade att under Younger Dryas, när den vältande cirkulationen försvagades, minskade näringsämnena i Golfströmmen och mängden syre i Floridasundet ökade. Teamet fann också att när näringsflödet minskade, minskade mängden biologisk produktivitet i Nordatlanten också.
"Studien representerar en viktig utveckling av den kolisotopbaserade proxyn för tidigare syrekoncentrationer," säger Lynch-Stieglitz. "Rekordet är mycket rent, och storleken och tidpunkten för förändringarna i löst syre speglas i en häpnadsväckande grad i fosfatrekonstruktionen."
Utöver dessa fynd om hur havet fungerar, teamets studie av foraminifera ger också nya sätt att förstå hur näringsämnen cirkulerar runt havet och hur vi undersöker detta. Dessa fönster till hur jordens hav förändrades tidigare är ett viktigt verktyg för att testa modeller, vilket gör att vi bättre kan förutsäga hur våra hav och de resurser de tillhandahåller kan reagera på klimatförändringar i framtiden.
"De fysiska förändringarna i jordsystemet kan ha djupgående förändringar på livet i havet och långtgående effekter," noterar Lynch-Stieglitz. "Klimatförändringar handlar om mer än klimat."
Mer information: Jean Lynch-Stieglitz et al, En minskad nordatlantisk näringsström under Younger Dryas klimatomkastning, Science (2024). DOI:10.1126/science.adi5543
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av Georgia Institute of Technology
