800万年前天然养分富集造成当今最大的海洋死区

由于人类的农业和工业活动，几十年来，鱼类和动物无法生存的缺氧海洋“死区”一直在开阔海域和沿海水域扩大. 为了预测未来死区的规模和位置，科学家们从过去寻找历史线索。

一个国际科学家小组今天在《国家科学院院刊》上报告说，今天最大的开放海洋死区位于东太平洋，由于海洋中营养含量的增加，于 800 万年前出现。

波士顿学院地球与环境科学助理教授 Xingchen “Tony” Wang 表示，虽然今天营养丰富的来源可能有所不同，但创造科学家所谓的“缺氧区”的机制仍然相同。报告。更好地了解过去的海洋死区，可能有助于未来的海洋保护工作。

“为了更好地保护海洋生态系统和管理渔业，预测未来海洋‘死区’将如何演变至关重要，”王说。

沿海海洋死区主要是由人类在陆地上使用的过量营养物质的流动造成的，例如施肥。在墨西哥湾北部，密西西比河输送的人为营养物质每年都会产生一个与新泽西州一样大的死区。

这些区域也自然出现在开阔的海洋中，最大的区域位于东太平洋。“目前尚不清楚随着地球变暖，这些死区将如何变化。因此，我们研究了东太平洋死区的历史，以便更好地预测其未来的行为，”王说。

王说，来自、加拿大、、德国和澳大利亚大学的研究人员着手确定在人类活动开始影响海洋之前公海死区的演变。此外，这些死区是否一直存在?如果是这样，为什么?

该团队检查了位于东太平洋的当今最大的海洋“死区”附近海洋沉积物的化学成分。该团队获得了可追溯到 1200 万年前的沉积物样本——海洋活动的“历史书籍”，并分析了被称为有孔虫的微化石中所含的氮。

该团队在死区寻找反硝化的迹象，当氧气含量太低以至于微生物使用硝酸盐来促进其生物活性时，就会发生反硝化。氮有两种稳定的同位素，氮 14 和氮 15，微生物在反硝化过程中更喜欢消耗较轻的氮 14 同位素。

报告称，当缺氧区扩大时，反硝化区也会扩大，从而提高剩余硝酸盐的氮 15 与氮 14 的比例，然后通过海洋生态系统中的氮循环记录在海洋生物中，例如有孔虫。 .

“通过分析海洋沉积物中有孔虫的氮 15 与氮 14 的比例，我们可以重建缺氧区范围的历史，”王说，他在该项目上的工作部分由西蒙斯基金会资助。

此外，报告称，研究人员分析了相同沉积物的磷和铁含量，揭示了深太平洋的古老营养成分。

“深海营养成分很难重建，我们的记录是过去 1200 万年来同类记录中的第一个;它的趋势对全球碳循环和气候变化具有重要影响，”该研究的合著者、加州理工学院教授伍德沃德·W·菲舍尔说。

王说，沉积记录显示，在过去 800 万年里，最大的公海死区逐渐扩大，普林斯顿大学马克斯普朗克化学研究所、大学、大学的同事参与了该项目。多伦多、德克萨斯 A&M 大学、西澳大利亚大学和加州理工学院。

“此外，这些死区的扩大主要是由营养丰富引起的，”他说。“这种机制类似于当今沿海水域死区的形成，只是人类负责当前的营养富集。”

报告称，这些发现可能有助于更好地预测公海死区的未来行为。例如，人类活动一直在向海洋中添加越来越多的氮。它们可以支持改进气候和海洋模型的需要，以更好地衡量人为氮对公海脱氧过程的影响。

研究人员对显示八百万年前海洋中营养含量低得多的数据感到震惊。

Fischer 说：“自 800 万年前以来，养分的增加可能是由于土地的风化和侵蚀加剧，这将增加磷向海洋的输送。”

“此外，陆地生态系统在八六百万年前经历了重大转变，”王说。“许多森林被密度较低的草地所取代，这被称为 C4 生态系统的扩张。随着更多的草地，在此期间土壤侵蚀可能会增加，并且会引发更多的有机养分转移到海洋中。”

王说，这项研究的下一步可能是确定人类活动流入海洋的氮如何影响海洋的营养循环。

“关键问题在于我们的沿海地区，那里的人为氮进入海洋最多，”王说。“如果沿海地区的大部分人为氮被去除——主要是通过沉积物中发生的反硝化作用——那么这可能会减轻对整个海洋的影响。我们在不列颠哥伦比亚省的研究小组目前正在墨西哥北部湾开展一些工作，以更好地了解海洋中人为氮的命运。”