Grootste zuurstofarme zone van de oceaan blijkt variabeler dan eerder gedacht
De Revillagigedo-archipel (Mexico), gelegen in de oostelijke tropische Noord-Pacifische Oceaan, herbergt een overvloed aan zeeleven. Paradoxaal genoeg ligt er echter op enkele honderden meters onder het oppervlak een van de grootste zuurstofarme watermassa’s ter wereld. Deze bevindingen, gebaseerd op de analyse van stikstofisotoopverhoudingen in koraalskeletten, tonen sterke decennale fluctuaties aan in de grootte van deze zuurstofdeficiĆ«nte zone (ODZ) in de afgelopen 80 jaar. Dit suggereert dat de ODZ dynamischer is dan voorheen gedacht en snel kan reageren op klimaatveranderingen in de komende decennia, met belangrijke gevolgen voor mariene ecosystemen.
Bepaalde gebieden in de tropische oceaan hebben zeer productieve visserijen die miljoenen mensen van voedsel voorzien en zo bijdragen aan de sociaaleconomische stabiliteit van veel landen wereldwijd. De overvloedige biomassa die in deze gebieden wordt geproduceerd, zakt echter naar beneden en wordt door bacteriĆ«n afgebroken. Tijdens dit proces wordt zuurstof verbruikt, wat leidt tot de vorming van uitgestrekte gebieden met onvoldoende opgeloste zuurstof op enkele honderden meters onder het oppervlak. Deze gebieden worden aangeduid als zuurstofdeficiĆ«nte zones of ODZ’s. De grootste ODZ ter wereld bevindt zich in de oostelijke tropische Stille Oceaan en strekt zich uit van de kustlijn van Midden-Amerika naar het westen, richting de Centrale Stille Oceaan.
Gezien de combinatie van deze grote zuurstofarme watermassa en de zeer productieve mariene ecosystemen erboven, is het al lang een onderzoeksprioriteit om de natuurlijke ritmes en variaties in de grootte en positie van deze ODZ te begrijpen. Veel modelstudies hebben bezorgdheid geuit dat de voortdurende opwarming van de aarde de volume van zuurstofarme wateren in de oceanen zou kunnen laten toenemen door veranderingen in oceaanstromingen en zuurstofoplosbaarheid.
Een internationaal onderzoeksteam, geleid door het Max Planck Instituut voor Chemie (Mainz, Duitsland), in samenwerking met wetenschappers van de Universidad AutĆ³noma de Baja California (Mexico), het Scripps Institution for Oceanography (VS), het Senckenberg Natuurhistorisch Museum (Duitsland) en Princeton University (VS), heeft nu de evolutie van de zuurstofniveaus in de oostelijke tropische Stille Oceaan in de afgelopen 80 jaar gereconstrueerd.
De zuurstofdeficiĆ«nte zone beweegt meer dan eerder gedacht “Met een verzameling koraalboringen konden we meerdere tijdreeksen van stabiele stikstofisotopen genereren die de afgelopen 80 jaar beslaan. Deze gegevens onthulden dat de ODZ elke tien jaar of zo uitbreidt en krimpt, veel vaker dan eerder werd begrepen,” zegt Alan Foreman, een postdoctoraal onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Chemie. De onderzoekers documenteerden de natuurlijke toename en afname van de ODZ in de oostelijke tropische Noord-Pacifische Oceaan met deze verzameling observaties. Hun resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Science, toonden aan dat de decennale klimaatvariabiliteit in de Stille Oceaan de grootte van deze ODZ beĆÆnvloedt via veranderingen in de sterkte van oostenwinden.
De nauwe koppeling tussen de windsterkte in de tropische Stille Oceaan en de omvang van de zuurstofarme wateren laat zien dat ODZ’s dynamischer zijn dan voorheen gedacht en snel kunnen reageren op klimaatveranderingen in de komende decennia, met belangrijke gevolgen voor mariene ecosystemen.
Koraalskeletten als indicatoren van zuurstofconcentratie Het team deed deze ontdekking met behulp van geochemische gegevens van hardkoraal. Ze maten de stikstofisotoopverhouding van de kleine hoeveelheid organisch materiaal dat in het koraalskelet is opgesloten, als een nieuw tracermiddel voor de zuurstofconcentratie in de oceaan. In zuurstofarme wateren veranderen complexe bacteriĆ«le biologische processen de isotopische samenstelling van nitraat, wat een geochemisch “vingerafdruk” achterlaat voor deze essentiĆ«le voedingsstof voor het koraalrifecosysteem erboven.
Nitraat dat afkomstig is uit de ODZ wordt door menging en diffusie naar het oppervlak gebracht, waar het de koralen helpt hun groei te ondersteunen. Op deze manier wordt de isotopische vingerafdruk van de ODZ doorgegeven aan het koraalskelet, waar deze wordt vastgelegd en bewaard binnen het skeletmateriaal van de kolonie. “In ons laboratorium kunnen we de extreem kleine hoeveelheden stikstof in de calciumcarbonaatkristallen van koraalskeletten analyseren, waardoor we kunnen afleiden hoe de zuurstofdeficiĆ«nte zone in het verleden varieerde,” zegt Alfredo MartĆnez-GarcĆa, de groepsleider van de onderzoeksgroep Organische Isotoopgeochemie aan het Max Planck Instituut.
De koraalskeletten die in deze studie zijn geanalyseerd, werden vorig jaar verzameld tijdens een expeditie naar de afgelegen eilanden van de Revillagigedo-archipel in de Stille Oceaan. Deze expeditie, geleid door Alan Foreman in samenwerking met de Sailing Yacht Acadia (Mark en Rachel Rohr Foundation), verzamelde verschillende koraalboringen van het stony koraal Porites dat groeit op de rotsachtige zeebodem van San Benedicto en Socorro-eilanden. De oppervlakte van deze koralen bestaat uit duizenden kleine dieren, zogenaamde poliepen. Deze poliepen scheiden calciumcarbonaat af om het skelet van het koraal te vormen.
De dichtheid van het koraalskelet verandert gedurende het jaar, en de afzettingen dienen als robuuste chronologische markers. In de rƶntgenfoto lijken de lichte en donkere banden van hoge en lage dichtheid op de jaarringen van een boom. Op basis van de afwisselende banding van het koraalskelet konden de onderzoekers gedetailleerde tijdreeksen van de variabiliteit van de ODZ creĆ«ren. De nieuwe set koraalboringen werd aangevuld met aanvullende koraalboringen die eerder waren verzameld door JosĆ© Carriquiry (Universidad AutĆ³noma de Baja California), Sara Sanchez (University of Boulder, Colorado) en Christopher Charles (Scripps Institution for Oceanography).
Koralen als geschiedenisboeken van de oceaan “Onze koraalcollectie stelt ons in staat om de variabiliteit van de zuurstofarme wateren tijdens de 20e eeuw over een gebied van duizenden mijlen met grote nauwkeurigheid te reconstrueren. Ik beschouw deze collectie vaak als een bibliotheek waarin elke nieuwe boring een boek is dat een verhaal vertelt over onze oceaan. Uiteindelijk is ons werk om elk van deze boeken te ontcijferen om de impact van menselijke activiteiten op de oceaan te begrijpen en bewustzijn te creĆ«ren over dit dringende probleem,” zegt Nicolas Duprey, de hoofdauteur van de studie en postdoctoraal onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Chemie.
