En transatlantisk flygning kan omvandla sahariskt damm till en viktig havsnäringsämne

När damm från Sahara blåser tusentals kilometer över Atlanten blir det progressivt mer näringsrikt för marina mikrober, visar en ny studie.

Kemiska reaktioner i atmosfären bryter ner järnmineraler i dammet, vilket gör dem mer vattenlösliga och skapar en avgörande näringskälla för järnfattiga hav, rapporterar forskare den 20 september i Frontiers in Marine Science.

Dammmoln som bosätter sig i Atlanten kan skapa algblossom som stödjer marina ekosystem, säger Timothy Lyons, en biogeokemist vid University of California, Riverside. "Järn är otroligt viktigt för livet," säger han. Alger kräver det för att omvandla koldioxid till socker under fotosyntesen.

Hjälp oss att förbättra genom att ta vår 15-frågers läsarundersökning.

Genom att ytterligare studera dammtransport och kemiska reaktioner i atmosfären kan forskare förstå bättre varför vissa delar av haven är biologiska varma platser för alger och fisk.

Över 240 miljoner metriska ton Sahara-damm blåser över Atlanten varje år. På Bermuda, Bahamas och andra öar gör det marken röd. Men en stor del av det bosätter sig i havet och utgör en stor källa till järn för områden som ligger för långt från land för att ta emot det från floder.

Lyons och marin geolog Jeremy Owens, som då också var vid UC Riverside, gav sig ut för att besvara en annan dammfråga: Hade typerna av damm som bosatte sig i Atlanten förändrats under de senaste 120 000 åren? De analyserade damm härledda mineraler i fyra kärnor som plockats från den gyttjiga havsbotten - två i östra Atlanten nära Afrika och två längre västerut nära Nordamerika.

Vad de fann ledde till en annan linje av undersökningar.

I damm och jordar runt om i världen är ungefär 40 procent av järnet vanligtvis närvarande inom "reaktiva" mineraler som t.ex. pyrit eller karbonater. Den här typen av järn kan brytas ned av svaga syror och potentiellt användas av livet. I kärnprov från botten av Atlanten var endast ca 9 procent av järnet i dammmineralerna som provtagits längre västerut uppbyggt av reaktivt järnmineraler, jämfört med cirka 18 procent i dammmineraler från närmare Afrika. Det, säger Lyons, var "den stora överraskningen."

Han och Owens, nu vid Florida State University i Tallahassee, drog slutsatsen att under dammets flerdygiga transatlantiska flygning blev mer och mer reaktivt järn i mineralerna förändrat - attackerat av syror och ultraviolett strålning, som fördelade mineralerna.

"Det finns foto-kemiska transformationer som tenderar att göra järnet mer lösligt" i vatten, säger Lyons. När detta modifierade järn senare bosätter sig i havet löser det upp sig - och konsumeras av alger. Det enda reaktiva järn som når havsbotten är det som inte förändrades under lufttransporten och inte senare svalt. Deras resultat tyder på att ju längre ökendammet flyger, desto mindre av det järnet är kvar.

Genom att skapa algblossom kan järn från dammet också närma små fiskar och andra djur som betar på plankton, liksom rovdjur som äter betarna. En nyligen genomförd studie föreslog att Atlantens skippjack-tonfisk, en viktig kommersiell fisk, attraheras till områden där sahariens damm har bosatt sig.

De nya resultaten är troliga eftersom tidigare studier har visat att järnmineraler reagerar i atmosfären, säger Natalie Mahowald, en atmosfärisk vetenskapsman som studerar damm vid Cornell University. Deras slutsats "stämmer överens med vad jag trodde hände," säger hon.

Men hon påpekar att sahariens damm inte är den enda möjliga källan till det järnet: Proverna kom från tillräckligt långt norrut i Atlanten för att en del av deras järn kunde ha kommit från rök, från skogsbränder i Nordamerika under de senaste 120 000 åren, säger hon.

Att precist fastställa en källa till damm begravd djupt i havsbotten kan vara utmanande. Men Owens och Lyons försökte identifiera dammets fingeravtryck genom att mäta förhållandet mellan järn och aluminium samt förhållandet mellan lätta järnatomer och tunga järnatomer i sina prover. Båda mätningarna var ungefär konsekventa med den typ av damm som kommer från Sahara, fann de. Det kan vara möjligt, i framtiden, att analysera sediment från fler platser i Atlanten för att ge en klarare bild av hur dammet har blåst över havet och förändrats kemiskt.