Den mikrobiologiske omsætning i oceanernes iltfattige zoner

Mens tilstedeværelsen af ilt tillader eksistensen af flercellede organismer i størstedelen af verdenshavene, findes der også udbredte åbne havområder med vedvarende iltmangel, hvor kun mikroorganismer kan leve. Disse iltsvindszoner optager kun ca. 2% af havenes areal; men de spiller en uforholdsmæssig stor rolle i Jordens stofkredsløb med høj  primærproduktion, stor begravelse af organisk stof, og stor fjernelse af kvælstof.

Udbredelsen af iltsvindszoner påvirkes let af cirkulationen i havet, og kan fx ændres som følge af global opvarmning, med store potentielle konsekvenser. Skønt iltsvindszoner er nøglelokaliteter i havets biogeokemiske kredsløb, har vi ringe viden om strukturen og funktionen af de mikrobielle samfund, der dominerer disse systemer, og nye opdagelser har sat spørgsmålstegn ved det eksisterende paradigme for stofkredsløbene i iltsvindszoner. Som en del af Galathea3-ekspeditionen gennemføres et omfattende studie af iltsvinds-regionerne i det Arabiske Hav og ud for Peru, med følgende målsætninger:

1. Udforskning af de mikrobielle samfunds sammensætning og funktion, med identifikation af de organismer, der spiller hovedroller i omsætningen, og med undersøgelser af hvordan virus påvirker samfundets struktur og omsætning
2. Bestemmelse af omsætningsrater for de væsentlige processer, samt disses bidrag til de biogeokemiske kredsløb på lokal og global skala
3. Identifikation og fortolkning af kemiske og biologiske markører af variationen iltsvindsforhold gennem tiderne i havbunden under iltsvindszoner.

DMU's andel i projektet

DMU deltager primært i projektdelen om kvælstofomsætningen i havet ud for Chiles og Perus kyster. I dette delprojekt deltager desuden Bo Thamdrup fra Syddansk Universitet samt forskergrupper ledet af Osvaldo Ulloa fra University of Concepcion i Chile og Dimitri Guiterrez fra Institute of Marine Science i Peru.

Vi vil undersøge hvordan kvælstof fjernes fra havmiljøet ud for Chiles og Perus kyster. Her finder vi en af verdens største områder med lave koncentrationer af ilt i vandet - en iltminimumszone. Et lignende område findes i det Arabiske Hav og tilsammen udgør disse områder blot 2% af verdenshavenes areal, men vurderes at være ansvarlig for op til halvdelen af havenes samlede kvælstoffjernelse.

Omsætningen af kvælstof er interessant fordi havets produktion bestemmes af hvor meget kvælstof der er til stede. I projektet har vi valgt at fokusere på de mekanismer der fjerner kvælstof fra havet.

Allerede i 1882 blev der opdaget en proces der kunne fjerne kvælstof, nemlig den såkaldte denitrifikation hvor bakterier ånder med nitrat og gør kvælstoffet utilgængeligt for planter. I 2002 opdagede vi så en anden proces der fjerner kvælstof fra havmiljøet, nemlig anammox. Den var kendt fra renseanlæg nogle få år tidligere, og udføres af bakterier, der lader nitrit og ammonium reagere hvorved kvælstoffet fjernes, og bakterierne får energi.

Vi opdagede oprindeligt anammox i havbunden i Skagerrak, og ved nu at den er vidt udbredt i havbunden. Det har vist sig at anammox' betydning for kvælstoffjernelsen stiger med stigende vanddybde ud til 700 m, hvor den kan udgøre 2/3 af den samlede kvælstoffjernelse. Der eksisterer endnu ikke målinger fra større dybder, men med Galathea-ekspeditionen forventer vi at strække målingerne ned til ca. 5 km's dybde.

Vi har også fundet at anammox har en stor betydning i iltfrie vandmasser bl.a. i den sydligste del af iltminimumszonen ud for Chiles kyst.

Vi vil på Galathea-ekspeditionen fortsætte vores målinger op gennem denne zone for få et bedre billede af processens betydning. Vi vil desuden udføre eksperimenter for at bestemme hvordan størrelsen af kvælstoffjernelsen reguleres.

 Seniorforsker Tage Dalsgaard , tlf. 8920 1458, tda@dmu.dk

Detaljeret projektbeskrivelse (galathea3.dk)

Læs mere

Ny proces i kvælstofkredsløbet kan ændre det globale kvælstofbudget (pressemeddelelse fra DMU med link til artikel i Nature som fortæller om anammox processen)

Ny proces kan ændre vores opfattelse af det globale kvælstofbudget  (Artikel i DMUNyt 2002 nr. 4)

Stofomsætning i havbunden (pdf format, 2.245 kB)

Af Peter Bondo Christensen, Tage Dalsgaard, Henrik Fossing, Søren Rysgaard og Niels Sloth, Temarapport fra DMU nr. 42, 2002. 62 sider.