Luftverschmutzung im Zusammenhang mit dem Wachstum des Lebens in den Ozeanen

Ein überraschender Zusammenhang zwischen der Fruchtbarkeit der Ozeane und der Luftverschmutzung über Land könnte laut Untersuchungen des Georgia Institute of Technology bestehen, die in der Ausgabe des Journal of Geophysical Research – Atmospheres vom 16. Februar veröffentlicht wurden. Die Arbeit bietet neue Einblicke in die Rolle, die die Fruchtbarkeit der Ozeane im komplexen Kreislauf von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen bei der globalen Erwärmung spielt.

Wenn Staubstürme über Industriegebiete ziehen, können sie Schwefeldioxid aufnehmen, ein saures Spurengas, das von Industrieanlagen und Kraftwerken ausgestoßen wird. Während sich die Staubstürme über den Ozean ausbreiten, senkt das Schwefeldioxid, das sie tragen, den pH-Wert (ein Maß für Säuregehalt und Alkalität) des Staubes und wandelt Eisen in eine lösliche Form um, sagte Nicholas Meskhidze, Postdoktorand in der Gruppe von Professor Athanasios Nenes an der Georgia Tech School of Earth and Atmospheric Sciences und Hauptautor des Papiers „Staub und Umweltverschmutzung: Ein Rezept für eine verbesserte Befruchtung der Ozeane“.

Diese Umwandlung ist wichtig, da gelöstes Eisen ein notwendiger Mikronährstoff für Phytoplankton ist – winzige Wasserpflanzen, die als Nahrung für Fische und andere Meeresorganismen dienen und durch Photosynthese auch den Kohlendioxidgehalt in der Erdatmosphäre senken. Phytoplankton führt fast die Hälfte der Photosynthese der Erde durch, obwohl es weniger als 1 Prozent der Biomasse des Planeten ausmacht.

In einer von der National Science Foundation finanzierten Forschung begann Meskhidze vor drei Jahren unter der Leitung von William Chameides, Regents 'Professor und Smithgall Chair an der Georgia Tech School of Earth and Atmospheric Sciences und Co-Autor des Papiers, Staubstürme zu untersuchen.

"Ich wusste, dass große Stürme aus den Wüsten von Gobi in Nordchina und der Mongolei Eisen aus dem Boden in entlegene Regionen des nördlichen Pazifischen Ozeans transportieren können, was die Photosynthese und die Aufnahme von Kohlendioxid erleichtert", sagte Meskhidze. „Aber ich war verwirrt, weil das Eisen in Wüstenstaub hauptsächlich Hämatit ist, ein Mineral, das in Lösungen mit hohem pH-Wert wie Meerwasser unlöslich ist. Es steht dem Plankton also nicht ohne weiteres zur Verfügung. "

Anhand von Daten, die bei einem Flug über das Untersuchungsgebiet gewonnen wurden, analysierte Meskhidze die Chemie eines Staubsturms, der aus der Wüste Gobi stammte und über Shanghai ging, bevor er sich auf den nördlichen Pazifik begab. Seine Entdeckung: Wenn eine hohe Konzentration von Schwefeldioxid mit dem Wüstenstaub vermischt wurde, säuerte sie den Staub auf einen pH-Wert unter 2 – den Wert, den Mineralmetall benötigt, um sich in eine gelöste Form umzuwandeln, die Phytoplankton zur Verfügung stehen würde.

Meskhidze erweiterte diese Entdeckung und untersuchte, wie sich Schwankungen der Luftverschmutzung und des Mineralstaubs auf die Eisenmobilisierung auswirken.

Meskhidze erhielt Flugdaten von zwei verschiedenen Gobi-Wüstenstürmen – einer am 12. März 2001 und der andere am 6. April 2001 – und analysierte den Verschmutzungsgehalt und modellierte dann die Flugbahn und die chemische Umwandlung der Stürme über dem Nordpazifik . Mithilfe von Satellitenmessungen stellte er fest, ob im Ozeangebiet, in dem die Stürme vorübergingen, vermehrt Phytoplankton gewachsen war.

Die Ergebnisse seien überraschend, sagte er. Obwohl der Aprilsturm groß war und drei Staubquellen kollidierten und bis in die kontinentalen Vereinigten Staaten reisten, gab es keine erhöhte Phytoplanktonaktivität. Der Märzsturm, wenn auch kleiner, hat die Produktion von Phytoplankton erheblich gesteigert.

Die unterschiedlichen Ergebnisse können auf die in Staubstürmen vorhandene Schwefeldioxidkonzentration zurückgeführt werden, sagte Meskhidze. Große Stürme sind stark alkalisch, weil sie einen höheren Anteil an Calciumcarbonat enthalten. Daher reicht die Menge an Schwefeldioxid, die durch Verschmutzung aufgenommen wird, nicht aus, um den pH-Wert unter 2 zu senken.

„Obwohl große Stürme große Mengen an Mineralstaub in den offenen Ozean exportieren können, ist die Menge an Schwefeldioxid, die erforderlich ist, um diese großen Fahnen anzusäuern und bioverfügbares Eisen zu erzeugen, etwa fünf- bis zehnmal höher als die durchschnittlichen Frühlingskonzentrationen dieses Schadstoffs in Industriegebieten von China “, erklärte Meskhidze. "Dennoch kann der Prozentsatz an löslichem Eisen in kleinen Staubstürmen um viele Größenordnungen höher sein als in großen Staubstürmen."

Obwohl kleine Stürme nur eine begrenzte Menge Staub in den Ozean transportieren und möglicherweise keine großen Planktonblüten verursachen, produzieren kleine Stürme immer noch genug lösliches Eisen, um Phytoplankton beständig zu füttern und den Ozean zu düngen. Dies kann besonders wichtig sein für Wässer mit hohem Nitrat- und niedrigem Chlorophyllgehalt, bei denen die Phytoplanktonproduktion aufgrund von Eisenmangel begrenzt ist.

Natürliche Schwefeldioxidquellen wie Vulkanemissionen und Ozeanproduktion können ebenfalls eine Eisenmobilisierung verursachen und das Phytoplanktonwachstum stimulieren. Emissionen aus vom Menschen hergestellten Quellen machen jedoch normalerweise einen größeren Teil des Spurengases aus. Auch von Menschen verursachte Emissionsstellen könnten näher am Verlauf des Sturms liegen und einen stärkeren Einfluss darauf haben als natürliches Schwefeldioxid, sagte Meskhidze.

Diese Forschung vertieft das Verständnis der Wissenschaftler für den Kohlenstoffkreislauf und den Klimawandel, fügte er hinzu.

"Es scheint, dass das Rezept, Mineralstaub aus Ostasien zu verschmutzen, die Produktivität der Ozeane tatsächlich steigern und dabei atmosphärisches Kohlendioxid abbauen und die globale Erwärmung verringern kann", sagte Chameides.

"Chinas derzeitige Pläne zur Reduzierung der Schwefeldioxidemissionen, die weitreichende Vorteile für die Umwelt und die Gesundheit der Menschen in China haben werden, könnten daher die unbeabsichtigte Folge einer Verschärfung der globalen Erwärmung haben", fügte er hinzu. "Dies ist vielleicht ein weiterer Grund, warum wir uns alle ernsthaft mit der Reduzierung unserer Emissionen von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen befassen müssen."

Originalquelle: Georgia Tech Pressemitteilung

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