Kırmızı alglerden günlük okyanus sıcaklıklarının okunması

Deniz ekosistemlerinin ısınan okyanusa nasıl tepki verdiğini anlamak, geçmiş sıcaklıkların ayrıntılı kayıtlarını gerektirir. Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz (JGU) ve Mainz’deki Max Planck Kimya Enstitüsü (MPIC) liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, dört aylık bir süre boyunca günlük deniz suyu sıcaklıklarını yeniden yapılandırmanın yeni bir yolunu buldu.

Anahtar, dünya çapında okyanuslarda bulunan kırmızı alglerin oluşturduğu yumru benzeri kalkerli yapılar olan rhodolitlerde yatıyor. Yeni yaklaşım, tek bir nodülü, günlük sıcaklık değişimlerinin yanı sıra ısınma eğilimlerini de takip edebilen yüksek çözünürlüklü bir iklim arşivine dönüştürüyor. Üç boyutlu X-ışını görüntülemeyi jeokimyasal analizler ve özel bir algoritmayla birleştiren ekip, Kızıldeniz’in merkezinde toplanan tek bir rhodolitten günlük deniz suyu sıcaklıklarını yeniden oluşturdu.

Bulguları dergide yayınlandı İletişim Dünya ve Çevre.

Okunması zor bir arşiv

Tipik olarak araştırmacılar, mercanların, çift kabukluların ve foraminiferler gibi mikrofosillerin iskeletlerini kullanarak, örneğin resiflerdeki geçmiş iklim koşullarını yeniden inşa ediyorlar. Ancak bu arşivler, yaşam alanlarının daralması nedeniyle giderek kısıtlanıyor. Bunun aksine, Rhodolitler dünya çapında sığ sulardan yaklaşık 200 metre (656 fit) derinliğe kadar meydana gelir ve bu da onları geniş çapta erişilebilir bir arşiv haline getirir.

Buradaki zorluk, katmanlı kalkerli iskelet içinde net, doğrusal bir zaman çizelgesinin yeniden inşasını zorlaştıran karmaşık üç boyutlu dallanma yapısı ve eş zamanlı olmayan büyüme olmuştur. Ekip bu sorunu birkaç tekniği birleştirerek ele aldı.

İlk olarak araştırmacılar, algleri özellikle kalsiyum karbonatta biriken bir boyayla boyadılar ve onları dört ay boyunca tarlada büyümeye bıraktılar. Bu lekeyi, dalların ne kadar hızlı büyüdüğünü ölçmek için bir zaman işareti olarak kullandılar. Daha sonra nodülü, tıbbi CT tarayıcılarında da kullanılan bir X-ışını tekniği olan mikro bilgisayarlı tomografi kullanarak, iç büyüme katmanlarını üç boyutlu olarak haritalandırmak için taradılar.

Daha sonra, alglerin iskeletinin küçük parçalarını buharlaştırmak için her dal boyunca bir lazer ateşlediler. Daha sonra bir kütle spektrometresi, her katmandaki magnezyumun stronsiyum oranlarındaki değişiklikleri ölçmek için bu parçaları analiz etti ve araştırmacıların, her katmanın oluştuğu andaki deniz suyu sıcaklığını belirlemesine olanak tanıdı. Son olarak ekip, birden fazla daldan gelen verileri tek, sürekli bir zaman çizelgesinde birleştirmek için dinamik zaman bükülmesi olarak bilinen bir veri hizalama algoritması uyguladı.

JGU ve MPIC’in baş yazarı ve araştırmacısı Lena Li, “Her dal, kaydın yalnızca bir kısmını yakalıyor ve her dalın ne zaman büyüdüğünü belirlemek zor olabilir” diye açıkladı. “Dalların büyümesini matematiksel olarak hizalayarak tek bir nodülden sürekli, günlük bir zaman çizelgesi oluşturabiliriz.”

Kızıldeniz’de Doğrulama

Araştırmacılar, yöntemlerini aşırı tuzlu, besin açısından fakir, yüksek buharlaşma ve yoğun güneş ışığına sahip bir havza olan Kızıldeniz’de uyguladılar. Sığ resif düzlüklerinde su sıcaklıkları yıl boyunca yaklaşık 18°C ​​(64°F) ile yaklaşık 38°C (100°F) arasında değişir. Bu koşullar hassas, yüksek frekanslı bir sıcaklık kaydını özellikle değerli kılar.

Ekip, Kızıldeniz’in merkezindeki bir resif düzlüğünden tek bir rhodolit kullanarak Mart’tan Temmuz 2024’e kadar 133 günlük sıcaklık verilerini yeniden oluşturdu. Daha sonra sonuçları, bölgedeki sıcaklık kaydedicilerden alınan ölçümlerle karşılaştırdılar. Yeniden yapılanma, hem mevsimsel ısınma eğilimini hem de kısa vadeli değişimleri yakalayarak gözlemlenen değerlerle yakından eşleşti.

Rodolitlerin ötesinde

Çalışma, dünya çapındaki rodolitleri kapsayacak şekilde genişletilebilecek bir kavram kanıtıdır. Li, “Prensip olarak, hizalama tekniği, tek bir resiften birkaç mercan çekirdeği veya farklı organizmalardan geçici olarak örtüşen kayıtlar gibi diğer parçalı kayıtlara da uygulanarak bunları daha uzun aralıklara yayılan tek bir sürekli kayıt halinde birleştirebilir” diye bitiriyor Li.

Gelecekte bu yaklaşım başka bölgelerdeki rodolitlere de uygulanabilir. Bu, daha büyük bölgelerde ve daha uzun zaman dilimlerinde yüksek çözünürlüklü iklim verilerinin toplanmasını mümkün kılacaktır. Sonuçta bu, paleoklimatik gelişimin yeniden yapılandırılmasına ve küresel ısınmanın tehdit altındaki deniz ekosistemleri üzerindeki etkilerinin daha doğru bir şekilde tahmin edilmesine yardımcı olacaktır.

Çalışma altı kurumdan oluşan uluslararası bir ekip tarafından gerçekleştirildi: Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz (Jeoloji Enstitüsü) ve Mainz’deki Max Planck Kimya Enstitüsü ile birlikte Kiel Üniversitesi / GEOMAR Helmholtz Okyanus Araştırmaları Merkezi Kiel (Almanya), Barselona Üniversitesi (İspanya), Toronto Üniversitesi (Kanada) ve rodolitlerin toplanıp görüntülendiği Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST, Suudi Arabistan).