Vulkanische as als voedingsbron: De impact van de uitbarsting van Hunga Tonga op ecosystemen in de Zuidelijke Stille Oceaan
De uitbarsting van Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (HTHH) in januari 2022 stootte ongeveer 2,9 miljard ton vulkanisch materiaal de atmosfeer in en verspreidde dit over de Zuidelijke Stille Oceaan. In het begin van 2022 voerde een wetenschappelijke expeditie (GEOTRACES GP21) onderzoek uit naar de impact van deze monumentale gebeurtenis op de biogeochemie van het oppervlak van de Zuid-Pacifische Gyre (SPG).
De wetenschappers concentreerden zich vooral op veranderingen in de concentratie van sporenelementen in de oceaan en hun invloed op het mariene leven. De resultaten van deze studie zijn nu gepubliceerd in Nature Communications.
Bewijs van vulkanische invloed in de Zuid-Pacifische Oceaan
Voor een uitgebreide analyse van de effecten van de uitbarsting gebruikten de onderzoekers een combinatie van geavanceerde computersimulaties en nauwkeurige monsteranalyses. Om de verspreiding van vulkanische as na de uitbarsting te simuleren, gebruikten ze het HYSPLIT-computermodel van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), een Amerikaanse federale instantie. Dit model simuleert het transport van stoffen in de atmosfeer en werd gebruikt om de dispersie van vulkanische as op verschillende hoogtes gedurende 72 uur te berekenen, evenals de trajecten van de as gedurende maximaal 315 uur.
Tijdens de SONNE-expeditie SO289, als onderdeel van het internationale GEOTRACES-programma van februari tot april 2022, verzamelden de onderzoekers watermonsters langs een aangewezen route om de verdeling van sporenelementen en hun biogeochemische effecten te analyseren. Tijdens de expeditie werd een grote hoeveelheid drijvende tefra, voornamelijk puimsteen, waargenomen en verzameld in de westelijke SPG.
Met behulp van radiogene neodymiumisotopen en concentraties van zeldzame aardmetalen konden de onderzoekers een duidelijke vulkanische bijdrage in de westelijke SPG identificeren. Dit gebied werd geïdentificeerd als de primaire locatie van post-uitbarstingsafzetting op basis van het dispersiemodel van vulkanische as. Bovendien werden analyses van zout water met neodymiumisotopen en zeldzame aardmetalen gebruikt om de vulkanische input en chlorofyl-a, een indicator voor fytoplankton, te volgen.
Fytoplankton profiteert van sporenelementen in vulkanisch materiaal
In de westelijke SPG identificeerden de onderzoekers significante hoeveelheden sporenelementen zoals ijzer en neodymium, die normaal gesproken slechts in minimale hoeveelheden via atmosferisch stof de oceaan binnenkomen. De vulkanische uitbarsting heeft een extra 32.000 ton ijzer en 160 ton neodymium vrijgegeven. De hoeveelheid ijzer is gelijk aan wat de regio normaal gesproken in een jaar ontvangt, terwijl de hoeveelheid neodymium overeenkomt met een jaarlijkse wereldwijde input.
“Tegelijkertijd hebben we verhoogde concentraties van chlorofyl-a in het oppervlaktewater gemeten, wat wijst op een toename van de groei van fytoplankton en daarmee biologische activiteit,” zegt Dr. Zhouling Zhang, een onderzoeksassistent in de Paleo-Oceanography Research Unit en hoofdauteur van de studie.
Langdurige klimaatimplicaties
Het team kon aantonen dat sporenelementen die door vulkanische uitbarstingen worden vrijgegeven een belangrijke rol spelen voor het mariene leven. Deze elementen, met name het micronutriënt ijzer, fungeren als voedingsstoffen in de oceaan die de groei van fytoplankton stimuleren. Fytoplankton speelt een essentiële rol in de wereldwijde koolstofcyclus door CO₂ uit de atmosfeer te absorberen via fotosynthese en dit in de oceaan op te slaan. Een toename van de biologische productiviteit kan daarom ook de capaciteit van de oceaan om CO₂ uit de atmosfeer te absorberen verbeteren—een proces dat een langdurige impact op het klimaat kan hebben.
De onderzoekers schatten dat de vrijgave van het micronutriënt ijzer door de HTHH-uitbarsting vergelijkbaar is met de ijzerbemesting die werd veroorzaakt door de uitbarsting van de vulkaan Mount Pinatubo op de Filippijnen in juni 1991, toen ongeveer 40.000 ton vulkanisch materiaal werd vrijgegeven en een vertraging van 1,5 ppm in de stijging van atmosferisch CO₂ werd gemeten ongeveer twee jaar na de uitbarsting. Zhang zegt: “We denken dat de Hunga Tonga-uitbarsting een vergelijkbaar effect kan hebben.”
