En överraskande koppling kan finnas mellan havets fertilitet och luftföroreningar över land, enligt Georgia Institute of Technology-forskningen som rapporterades i 16 februari-utgåvan av Journal of Geophysical Research - Atmospheres. Arbetet ger ny inblick i den roll som havsfruktbarhet spelar i den komplexa cykeln som involverar koldioxid och andra växthusgaser i den globala uppvärmningen.
När dammstormar passerar över industriområden kan de ta upp svaveldioxid, en sur spårgas som släpps ut från industrianläggningar och kraftverk. När dammstormarna rör sig ut över havet sänker svaveldioxiden som de bär pH-värdet (ett mått på surhet och alkalinitet) av damm och förvandlar järn till en löslig form, säger Nicholas Meskhidze, en postdoktor i professor Athanasios Nenes grupp vid Georgia Techs School of Earth and Atmospheric Sciences och huvudförfattare till uppsatsen "Dust and Pollution: A Recept for Enhanced Ocean Gertilization."
Denna omvandling är viktig eftersom upplöst järn är ett nödvändigt mikronäringsämne för fytoplankton - små vattenväxter som fungerar som mat för fisk och andra marina organismer, och också minskar koldioxidnivån i jordens atmosfär via fotosyntes. Fytoplankton utför nästan hälften av jordens fotosyntes även om de representerar mindre än 1 procent av planetens biomassa.
I forskning finansierad av National Science Foundation började Meskhidze studera dammstormar för tre år sedan under ledning av William Chameides, Regents professor och Smithgall-ordförande vid Georgia Techs School of Earth and Atmospheric Sciences och medförfattare till uppsatsen.
"Jag visste att stora stormar från Gobi-öknarna i norra Kina och Mongoliet kunde transportera järn från marken till avlägsna regioner i norra Stilla havet, vilket underlättar fotosyntesen och upptag av koldioxid," sa Meskhidze. ”Men jag blev förbryllad för att järnet i ökendamm främst är hematit, ett mineral som är olösligt i hög-pH-lösningar som havsvatten. Så det är inte lätt tillgängligt för plankton. "
Med hjälp av data som erhölls under en flygning över studieområdet analyserade Meskhidze kemi från en dammstorm som har sitt ursprung i Gobiöknen och passerade över Shanghai innan han flyttade till norra Stilla havet. Hans upptäckt: När en hög koncentration av svaveldioxid blandat med ökendammet surgjorde det dammet till ett pH under 2 - nivån som behövs för mineraljärn för att konvertera till en upplöst form som skulle vara tillgänglig för fytoplankton.
Meskhidze utvidgade denna upptäckt och studerade hur variationer i luftföroreningar och mineraldamm påverkar järnmobilisering.
Att erhålla information under flygning från två olika stormar från Gobi-öknen - den ena som inträffade den 12 mars 2001 och den andra den 6 april 2001 - Meskhidze analyserade föroreningsinnehållet och modellerade sedan stormarnas bana och kemiska omvandling över Nord-Stilla havet . Med hjälp av satellitmätningar bestämde han om det hade ökat växten av fytoplankton i det havsområde där stormarna passerade.
Resultaten var överraskande, sade han. Även om stormen i april var stor, med tre källor till damm som kolliderade och färdades så långt som till det kontinentala Förenta staterna, var det ingen ökad fytoplanktonaktivitet. Men stormen i mars, om än mindre, ökade produktionen av fytoplankton avsevärt.
De olika resultaten kan hänföras till koncentrationen av svaveldioxid som finns i dammstormar, sade Meskhidze. Stora stormar är mycket alkaliska eftersom de innehåller en högre andel kalciumkarbonat. Mängden svaveldioxid som uppsamlas från föroreningar räcker således inte för att sänka pH-värdet under 2.
”Även om stora stormar kan exportera stora mängder mineraldamm till det öppna havet, är mängden svaveldioxid som krävs för att sura dessa stora plummar och generera biotillgängligt järn ungefär fem till tio gånger högre än de genomsnittliga våren koncentrationerna av detta förorenande ämne som finns i industrialiserade områden av Kina, ”förklarade Meskhidze. "Ändå kan andelen lösligt järn i små dammstormar vara många storleksordningar högre än stora dammstormar."
Så även om små stormar är begränsade i mängden damm som de transporterar till havet och kanske inte orsakar stora planktonblommor, producerar små stormar fortfarande tillräckligt med lösligt järn för att konsekvent mata fytoplankton och befrukta havet. Detta kan vara särskilt viktigt för vatten med högt nitrat, lågklorofyll, där fytoplanktonproduktion är begränsad på grund av brist på järn.
Naturliga källor till svaveldioxid, såsom vulkanutsläpp och havsproduktion, kan också orsaka järnmobilisering och stimulera fytoplanktontillväxt. Ändå utgör emissioner från mänskliga tillverkade källor normalt en större del av spårgas. Mänskliga tillverkade utsläppsplatser kan också vara närmare stormens gång och ha ett starkare inflytande på det än naturlig svaveldioxid, sade Meskhidze.
Denna forskning fördjupar forskarnas förståelse av koldioxidcykeln och klimatförändringar, tillade han.
"Det verkar som att receptet att lägga till föroreningar till mineralstoft från Östasien faktiskt kan förbättra havets produktivitet och därmed dra ner atmosfärisk koldioxid och minska den globala uppvärmningen," sade Chameides.
"Således kan Kinas nuvarande planer på att minska svaveldioxidutsläppen, som kommer att ha långtgående fördelar för miljön och hälsan för folket i Kina, den oavsiktliga konsekvensen av att förvärra den globala uppvärmningen," tillade han. "Det här är kanske ytterligare en anledning till att vi alla måste bli seriösa när det gäller att minska våra utsläpp av koldioxid och andra växthusgaser."
Originalkälla: Georgia Tech News Release
