Dünya’nın Buz Tabakalarının Altında Zengin Bir Besin Kaynağı

Demir, manganez ve çinko gibi eser elementler, Dünya yüzeyindeki biyojeokimyasal işlemlerin ayrılmaz bir parçasıdır. Mikro besinler olarak, her tür organizmanın büyümesinde ve dolayısıyla Dünya’nın karbon döngüsünde önemli bir rol oynarlar. Dünya’nın kara yüzeyinin yaklaşık yüzde 10’unu kaplayan buz tabakalarının altında, bu maddelerden daha önce tahmin edilenden daha büyük miktarlarda hareket ediliyor. Bu, Potsdam’daki GFZ Yerbilimleri Araştırma Merkezi ve Florida Eyalet Üniversitesi’nden (ABD) Jon Hawkings liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi tarafından toplanan ve analiz edilen Grönland ve Antarktika’dan gelen yeni verilerle gösterilmiştir. Buz, eriyik su ve kaya sınırında önceden bilinmeyen süreçler hakkında önemli bilgiler sağlarlar. Buz kütleleri küresel ısınmadan önemli ölçüde etkilendiğinden, Okyanuslar, göller ve sulak alanlar gibi çevre ekosistemlerdekiler de dahil olmak üzere, iklim değişikliğinin kritik biyojeokimyasal süreçler üzerindeki sonuçlarına ilişkin yeni perspektifler ortaya çıkıyor. Çalışma bugün dergide yayınlandıPNAS .

Dünya’nın buz tabakalarının altında eriyen su, dereler, nehirler ve göllerden oluşan geniş bir gizli sulak alan oluşturur. Son kırk yıl içinde, sadece Antarktika’da 400’ün üzerinde buzul altı göl keşfedildi; bazıları Kuzey Amerika’nın Büyük Gölleri kadar büyük. Buz, su ve kaya arasındaki sınırda, karmaşık bir kimyasal, fiziksel ve mikrobiyolojik kuvvetler topluluğu iş başındadır, kayayı kırıp öğütür ve iz elementleri akış aşağı taşınan eriyik suya salar. Bu kimyasal elementler sadece çok düşük konsantrasyonlarda ortaya çıkar, dolayısıyla adı. Yine de – vitaminler gibi – tüm canlılar için besin olarak gereklidirler.

İz elementlerin Grönland ve Antarktik buz tabakalarının altına nasıl ve hangi miktarlarda salındığı ve nihayetinde bitişik ekosistemlere aktığı ve bu ekosistemlerde ve genel olarak küresel karbon döngüsünde oynadıkları rol henüz ayrıntılı olarak incelenmemiştir. Bunun nedeni, dünyanın bu uzak bölgelerindeki ölçüm kampanyalarının muazzam bir lojistik ve teknik zorluk olmasıdır.

Ayrıntılı örnekleme

Grönland ve Antarktika buz tabakalarının altındaki sulardan örnekler toplamak ve bunları laboratuvarda analiz etmek için GFZ’den Jon Hawkings, uluslararası ve disiplinler arası bir araştırma ekibiyle işbirliği yaptı. Montana Eyalet Üniversitesi’nden (ABD) meslektaşları Mark Skidmore ve John Priscu, SALSA projelerinin bir parçası olarak Antarktika buz tabakasına 1000 metreden daha fazla derinlik kazma projesine öncülük ettiler. Bu, dokuz kilometre uzunluğunda ve 15 metre derinliğindeki Mercer Subglacial Gölü’ne girmelerini sağladı. Mark Skidmore, “Bu özel göle bakmanın bilimsel bir nedeni var, ancak daha sonra bu göllerin bu daha büyük hidrolojik sistemin bir parçası olduğu bağlamı var” dedi. “Bu nedenle, buz tabakasının altında neyin üretildiğini ve bunun kıyı ortamlarına nasıl bağlandığını görmek istiyoruz.”

Jon Hawkings ve Bristol Üniversitesi’nden (İngiltere) Jemma Wadham önderliğindeki meslektaşları, yaz erime sezonunda üç aylık bir süre boyunca Grönland’daki Leverett Buzulu’ndan çıkan buz altı sularından örnekler aldı.

Örnekler, kontaminasyonu önlemek için ultra temiz laboratuvarlarda analiz edildi. Araştırmacılar, örnek konsantrasyonlarını boyuta göre sıralamak için eriyik su örneklerini birden çok seviyeye filtrelediler, çünkü bu eser elementlerin çoğu son derece küçük nanopartikülat mineraller olarak var olabilir. Kimyasal bileşimlerini özellikle hassas kütle spektrometresi yöntemlerini kullanarak belirlediler.

Şaşırtıcı derecede yüksek demir & Co konsantrasyonu

Hawkings ve meslektaşları, buz kütlelerinin altındaki eriyik sularda önemli miktarda eser elementin açığa çıktığını keşfettiler. Bu eriyik su konsantrasyonlarının nehirlerdeki ve açık okyanustaki konsantrasyonları birçok kez aşabileceğini buldular. Örneğin, Antarktika buzul altı gölündeki çözünmüş demirin değeri, litre başına 1000 mikrogramdan fazlaydı ve seyreltik buz erimesinde bekleneceği gibi yaklaşık beş değildi.

“Uzun zamandır, yeryüzünün buzlu bölgelerinde eser elementlerin, küresel temel döngüleri için çok az önem arz edecek kadar küçük miktarlarda bulunduğu varsayılıyordu. Aksine, sonuçlarımız buz tabakalarının kilit bir rol oynayabileceğini gösteriyor. Bu unsurların bölgesel mobilizasyonunda. Bunun etkilerinin iklim değişikliği bağlamında daha fazla izlenmesi ve analiz edilmesi gerekiyor. Şimdi bunun için bir temel oluşturduk “diyor Jon Hawkings.

Buzun altındaki yaşlandırma süreçlerine ilişkin bilgiler

Dahası, tek tek elementlerin konsantrasyonlarının yanı sıra bunların oranları ve çözünmüş ve nanopartikülat mineral formları arasındaki boyut dağılımı, araştırmacılara kaynak malzeme, alt buz tabakası yaşlandırma süreçleri ve numune almadan önce suyun izlediği yollar hakkında bir şeyler söylüyor. Örneğin, vanadyum elementinin karbonat kaya minerallerinden ziyade öncelikle silikat kaya minerallerinde oluştuğu bilinmektedir. Bu çalışmada bulunan yüksek konsantrasyonlar, daha önce düşünülenden daha yüksek oranlarda silikat mineral ayrışmasının buz tabakaları altında meydana geldiğini göstermektedir. Önemlisi, silikat mineral ayrışması, karbondioksit için bir havuzdur. Öte yandan demirin oksijen bakımından zengin bir ortamda oksitlendiği ve bunun da çökelmiş “pas” ile sonuçlandığı bilinmektedir. Bu nedenle, büyük miktarlarda çözünmüş demir, suyun bir kısmının az oksijen içeren bir bölgeden kaynaklanabileceğini gösterir. Araştırmacılar ayrıca, alüminyum, demir ve titanyum gibi eser elementlerin Antarktika’da Grönland’dakinden daha yüksek konsantrasyonlarda meydana geldiğini buldu. Bu nedenle, güney kutup bölgesindeki eriyik suyun buz tabakası altında çok daha uzun kalma sürelerine ve kuzey kutup bölgesine göre daha fazla hidrolojik izolasyona sahip olduğunu varsayıyorlar.

Demir gübrelemesine ilişkin fikirlerin sonuçları

Yeni bulgular, özellikle Güney Okyanusu’ndaki besin döngüsü anlayışımızla ilgilidir. Orada suyun nitrojen ve fosfor gibi besinler açısından zengin olduğu, ancak demir bakımından fakir olduğu kabul edilir. Bu nedenle, fitoplankton, okyanus bitkileri, küresel besin piramidinin tabanı ve önemli bir CO2 yutağı, maksimum potansiyellerine ulaşamıyor. Bu “demir sınırlaması”, okyanusu demir ile tohumlayarak atmosferden karbondioksiti ayırmak için önceki jeomühendislik projelerinin konusu olmuştur. Hawkings ve meslektaşlarının sonuçları, Antarktika Buz Tabakasının hemen yakınında daha yüksek miktarda demir ve fitoplankton gözlemleriyle tutarlı. Elde ettikleri sonuçlar, buz tabakasının fitoplankton için bir demir kaynağı sağlayarak Güney Okyanusu’nun kıyı bölgelerini doğal olarak gübreleyebileceğini gösteriyor. Gelecekte iklimsel ısınma ile bunun ne ölçüde ve nasıl değişebileceği, daha fazla araştırma için açık sorular olmaya devam ediyor.

Hayatın sınırlarının izinde

Hawkings ve ortakları 17 farklı eser elementi araştırdı. Yerbilimci, “Bunların her biri bize kendi hikayesini anlatıyor ve biz dedektifler gibi çalışarak tüm verilerden tutarlı bir genel anlatı oluşturmaya çalışıyoruz” diyor. “Enerji ve besinlerin mevcudiyeti açısından Dünya üzerindeki yaşamın sınırlarını keşfetmekle ilgileniyoruz ve bu bize hikayenin bir kısmını anlatmaya yardımcı oluyor. Bu büyük buz kütlelerinin bu bağlamdaki önemini daha yeni anlamaya başlıyoruz. Umarım araştırmamız, iklim değişikliğinin etkisini de içeren birçok önemli bilimsel soruyu yanıtlamaya başlamamıza yardımcı olur: Daha fazla buz erirse bu biyojeokimyasal döngüler nasıl değişecek? Bu salınım gittikçe daha fazla iz element mi olacak yoksa bu süreçler yavaşlayacak mı? Ek olarak,

Ortak çalışan ve SALSA proje lideri John Priscu, bilimsel keşifler için disiplinler arası çalışmanın önemine dikkat çekiyor: “Bu makale birçok disiplini kesiyor ve uluslararası işbirliğinin gücünü gösteriyor. Bu el yazmasındaki sonuçlar, kutup buzullarının Dünya Sistemini nasıl etkilediğine ilişkin görüşümüzü değiştirdi. “