Żelazo w oceanach

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
Dział: Oceany. Poziom zaawansowany.
dział OCEANY: ZAAWANSOWANE - menu (rozwiń)

Żelazo w oceanach

Żelazo jest czwartym najpopularniejszym pierwiastkiem chemicznym w skorupie Ziemi, stanowi około 4% jej ogólnej masy. Jest mikroelementem niezbędnym do życia dla wszystkich istot żyjących. Najważniejszym źródłem żelaza w oceanach jest pył, który prawie w całości pochodzi z obszarów pustynnych Ziemi. W wielu częściach oceanu w wodzie występują duże ilości związków odżywczych takich jak azot czy fosfor, a mimo to wody te są ubogie w fitoplankton. Rejony te znajdują się z dala od terenów pustynnych i to właśnie niedobór żelaza jest przyczyną znikomego wzrostu fitoplanktonu.

Skąd pochodzi żelazo w oceanach?

Atmosfera jest prawdopodobnie największym źródłem żelaza dostarczanego do oceanów i pochodzi ono głównie z powodowanej wiatrem erozji gleb, na wskutek której powstaje pył. Pochodzi on głównie z pustynnych rejonów suchych i półsuchych, większość z nich znajduje się w szerokościach umiarkowanych półkuli pn. Ilość pyłu dostarczanego przez pustynie zależy od opadów deszczu i od siły wiatru. Największe stężenia pyłu w powietrzu obserwuje się w pobliżu pustyń, a najniższe w powietrzu ponad oceanem w pobliżu Antarktydy, gdyż znajduje się on najdalej jak to możliwe od rejonów pustynnych.

Burza pyłowa w pobliżu Afryki w 2000 roku

1. Zdjęcie satelitarne burzy pyłowej w pobliżu Afryki, 26 lutego 2000 r. Ta silna burza umożliwiła pyłom znad Sahary przeniesienie się na odległość około 1000 mil (około 1600 km) w głąb Atlantyku.
Źródło: projekt SeaWiFS, NASA/GSFC oraz ORBIMAGE.

Pył w oceanach

Duże cząsteczki pyłu szybko osiadają pod wpływem grawitacji, ale te o średnicy mniejszej niż 10 µm (0,00001 m) mogą przemieszczać się na dalekie odległości. Wiatry unoszą cząsteczki w górę, aż do 5 km nad Atlantykiem i 8 km nad Pacyfikiem. Aby afrykański pył z Sahary mógł przedostać się na drugą stronę Atlantyku musi minąć około tygodnia, dwa tygodnie zaś aby pył z chińskich pustyń dotarł do Środkowego Pacyfiku. Cząsteczki pyłu albo osiadają z powietrza (depozycja sucha), albo zostają wymyte przez krople wody i spadają do oceanów razem z deszczem (depozycja mokra).

Transport cząstek stałych w atmosferze

2. Zdjęcia wykonane techniką AVHRR (ang. Advanced Very High Resolution Radiometer) przedstawiające transport cząstek stałych w atmosferze w okresie od czerwca do sierpnia. Przedstawione są główne obszary, nad którymi przemieszczają się pyły nad Oceanami Atlantyckim i Indyjskim. Pomiary obejmują wszelkie drobiny znajdujące się w powietrzu, także pochodzące ze spalania biomasy w południowo-zachodniej Afryce i z antropogenicznych źródeł zanieczyszczeń na wschodnim wybrzeżu Ameryki Północnej.
Źródło: American Geophysical Union.

Pomimo tego, że w pyle znajduje się duża ilość żelaza i sporo pyłu dostaje się do oceanów, to stężenie żelaza w oceanach jest bardzo małe (średnio mniej niż 1 nmol L -1, to < 0,000000001 mol L -1!). Wiemy, że żelazo w pyle występuje głównie w postaci utlenionych związków żelaza (III), które nie są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Jako pył jest ono transportowane poprzez chmury. Kwaśne środowisko chmur powoduje niewielki wzrost rozpuszczalności żelaza. Pomimo tego prawdopodobnie mniej niż 2% żelaza, które dostaje się do wody morskiej z atmosfery rozpuszcza się w niej i może być wykorzystywane przez fitoplankton jako składnik odżywczy.

Obszary oceanu z wysokim stężeniem azotanów i niską zawartością chlorofilu (ang. High Nitrate, Low Chlorophyll, HNLC)

Głównymi składnikami odżywczymi wpływającymi na wzrost fitoplanktonu są azotany i fosforany oraz, w mniejszym stopniu, krzemiany. Fitoplankton w oceanach rozwija się zazwyczaj tak długo aż nie wykorzysta całych dostępnych zasobów azotanów albo fosforanów, w zależności od tego który z nich wyczerpie się jako pierwszy. Podbiegunowe i okołorównikowe rejony Pacyfiku, a także rozległe obszary oceaniczne na półkuli pd. charakteryzują się w ciągu całego roku dużą zawartością wymienionych składników odżywczych, a mimo to następuje tam niewielki wzrost fitoplanktonu, a zawartość chlorofilu (czyli barwnika wykorzystywanego przez rośliny w procesie fotosyntezy) w wodzie jest niska. Regiony te znane są jako tzw. obszary HNLC i stanowią około 20% całkowitej powierzchni oceanów.

Mapa stężenia azotanów

3. Średnie roczne stężenie azotanów w wodach powierzchniowych oceanów. Wyraźnie widoczne są wysokie stężenia azotanów w rejonie subarktycznym i okołorównikowym Pacyfiku oraz na obszarach oceanicznych półkuli pd.
Źródło: Levitus World Ocean Atlas 1994.

Jako pierwszy sugestię o znaczeniu żelaza we wzroście fitoplanktonu wysunął John Martin. Potwierdziły to badania naukowe przeprowadzone w rejonach HNLC, odznaczających się niską zawartością żelaza. Z oceanograficznego punktu widzenia rejony te są miejscami, w których cyrkulacja oceaniczna wynosi na powierzchnię znaczne ilości wód głębinowych w procesie zwanym upwelling. Wody te są bogate w składniki odżywcze i dlatego teoretycznie powinny być aktywne biologicznie. Jednakże rejony te oddalone są od terenów pustynnych toteż niewielkie ilości pyłu (a w nim żelaza) dostają się do wód powierzchniowych. Podobne zjawisko upwellingu obserwowane jest na północ od 40°N na Północnym Atlantyku. Ten obszar nie jest jednak rejonem HNLC gdyż docierają tam duże ilości żelaza w pyle z Sahary.

O tej stronie:

Autor: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
Recenzent: Dr Peter Croot - Institute for Marine Research, University of Kiel, Kiel - Niemcy
ostatnia aktualizacja: 2003-10-01
Tłumaczenie na język polski: Dr Agnieszka Wypych, Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Ostatnia modyfikacja: piątek, 13 lipiec 2018, 11:09