Pohjois-Atlantti on osa maailmanlaajuista valtamerta, ja se yhdistää läheisesti ilmakehän ja bio-geosfäärin, ja sillä on suuri merkitys ilmastolle, elämälle ja taloudelle.

Valtameren kiertokulku on ratkaisevassa asemassa Länsi-Euroopan ilmaston säätelyn kannalta. Se helpottaa myös maailmanlaajuista hiilenkiertoa, sillä Pohjois-Atlantin syvän veden muodostuminen on vastuussa valtavien hiilidioksidimäärien poistamisesta ilmakehästä. Valtameren reuna-alueilla on kukoistavia ekosysteemejä.

Yhä enenevässä määrin Pohjois-Atlantti on kuitenkin ihmisen toiminnan uhkaama. Tämä on yksi yhteiskuntamme suurimmista haasteista tulevina vuosikymmeninä.

Meren kiertokulun tutkimus

Pohjois-Atlantti on kriittinen lenkki maailmanlaajuisessa valtamerenkierrossa, sillä paikalliset pintavedet vajoavat ja muodostavat syvänmeren kuljettimen.

NIOZ isännöi valtamerten havainnointiverkostoa, jonka avulla tutkitaan syvänmeren muodostumista. Siihen kuuluu joukko ankkurointeja Irmingerinmerellä Grönlannin eteläkärjen ja Islannin välissä.

Tällä alueella on osoitettu, että jäähdytetyn pintaveden talvinen konvektio syvempiin kerroksiin auttaa luomaan vertikaalista sekoittumista ja lämmönkuljetusta valtameressä. Muutokset kiertokulussa vaikuttavat myös liuenneisiin aineosiin ja epäsuorasti näissä vesimassoissa eläviin eliöihin.

Ocean pinnan tuottavuus

Koillis-Atlantilla on etelä-pohjoissuuntainen maantieteellinen gradientti, joka ulottuu (ali)tropiikin voimakkaasta ja pysyvästi kerrostuneesta järjestelmästä lauhkeilla alueilla olevaan kausiluonteisesti kerrostuneeseen järjestelmään. Tämä gradientti tarjoaa ihanteellisen järjestelmän tutkia, miten se vaikuttaa mikrobiyhteisöjen tuottavuuteen ja koostumukseen.

Ocean ilmastomallit ennustavat lisääntyvää kerrostuneisuutta, mikä lisää ravinteiden rajoittumista ja siten kasviplanktonyhteisön siirtymistä kohti pienempiä lajeja. On odotettavissa, että primäärituottavuus vähenee ja että eläinplanktonin laiduntamisen ja viruslyysin osuus kasviplanktonin häviämisestä muuttuu. Se, onko laidunnus vai viruslyysi hallitseva häviötekijä, määrää hiilen ja ravinteiden virtauksen ravintoverkossa joko korkeammille trofiatasoille (laidunnus) tai liuenneeseen orgaaniseen ainekseen ja mikrobisilmukan lisääntyneeseen aktiivisuuteen (viruslyysi).

NIOZ:n tutkimusten alustavat tulokset osoittavat, että yleensä viruslyysi ja laidunnus ovat suunnilleen yhtä tärkeitä. Viruslyysin osuus kuitenkin kasvoi kerrostumisen myötä kohti subtrooppisia alueita, mikä viittaa uusiutuvampaan järjestelmään. Tämän tilanteen odotetaan laajenevan pohjoisemmille leveysasteille, kun kerrostuneisuus lisääntyy meren pintakerroksen lämpenemisen vuoksi. Tällä puolestaan on seurauksia myös syvänmeren ekosysteemeihin.

Syvänmeren ekosysteemit

Yleisestä uskomuksesta poiketen Pohjois-Atlantin syvemmillä alueilla on ainutlaatuisia, kukoistavia ekosysteemejä, kuten kylmän veden koralliriuttoja, sienialueita ja hydrotermisia aukkojen yhteisöjä.

NIOZ-tutkimukset osoittavat, että nämä ekosysteemit kukoistavat suurissa syvyyksissä pimeässä ja kylmässä valtameressä, jossa ravinnon tarjonta on rajallista.

Syvänmeren ekosysteemeille on ominaista suuri biologinen monimuotoisuus ja biomassa, ja ne tarjoavat elinympäristöjä monenlaisille selkärangattomille ja kaloille. Kylmän veden korallit ja sienet rakentavat yhtä suuria riuttajärjestelmiä kuin trooppiset riutat. Ainutlaatuista on, että ne elävät ilman valoa ja ovat riippuvaisia ravintonsa saannissa valtameren pintakerroksen primäärituottavuudesta.

Ocean kemia

Ocean kiertokulku määrää myös ravinteiden saatavuuden pintakerroksessa ja siten biologisen tuottavuuden. Valtamerten elämä on riippuvainen ravinteiden ja hivenmetallien esiintymisestä, mikä vaikuttaa kokonaisten ekosysteemien toimintaan.

NIOZ osallistuu Pohjois-Atlantilla suuriin hankkeisiin, kuten GEOTRACES-hankkeeseen, jonka tavoitteena on tunnistaa prosessit ja kvantifioida virtaukset, jotka säätelevät tärkeimpien hivenaineiden ja isotooppien jakaumia valtameressä. Erittäin puhdas PRISTINE-näytteenottojärjestelmä kehitettiin tiiviissä yhteistyössä NMF-osastomme kanssa, jotta tutkijat voivat mitata hivenmetallien erittäin alhaisia pitoisuuksia, joita esiintyy monilla valtamerialueilla.

Jokien ja sulavan merijään sulaminen voi rikastuttaa valtamerta ravinteilla ja hivenmetalleilla. Myös Saharan pöly, joka kulkeutuu ilmakehän läpi pitkiä matkoja offshore-passattituulien mukana, on potentiaalinen valtamerten lannoite. NIOZ jäljittää Saharan autiomaasta peräisin olevaa pölyä koko Atlantin valtameren halki Atlantin ylittävällä ankkuroidulla laitekokonaisuudella.

Paleoceanografia

NIOZ työskentelee myös syvänmeren sedimenttisydänten analyysin parissa geologisen menneisyyden rekonstruoimiseksi.

Tänään valtameriemme syvimmissä osissa on tarpeeksi happea elättääkseen suurten eläinten suuren monimuotoisuuden. Menneisyydessä tilanne on kuitenkin ollut toisenlainen, kun vallitsivat Mustanmeren kaltaiset olosuhteet, joissa pohjaveden kerros oli laajalti anaerobinen. Mikä aiheutti tällaiset käännekohdat ja mitä seurauksia niillä oli ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksiin ja ilmastoon?

Jäätiköiden ja jääkausien välisillä aikaskaaloilla Pohjois-Atlantilla on ollut merkittävä rooli ilmastonmuutoksen muuntajana lämmönkuljetuksen ja syvän veden muodostumisen erojen ansiosta. Viimeisen jääkauden korkearesoluutioisten arkistojen avulla tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että Pohjois-Atlantin virtauksen nopeat muutokset vaikuttivat ilmastoon maailmanlaajuisesti.