Döbbenet: parányi rákok erős óceáni áramlatokat keltenek

Azt, hogy a Föld klímája kiegyenlített, a nagy óceáni szállítószalagnak köszönhetjük

Az óceán vizének elkeveredését, a végtelen víztömeg áramlását alapvetően a szél, illetve a hullámok okozzák, ezt eddig is tudtuk. A vízmozgás, a világóceán hidrodinamikája igen összetett rendszer, amelyet mindeddig kizárólag fizikai tényezőkre vezettek vissza. Ám egy új tanulmány szerint az óceáni áramlatok dinamikájában a szél és a hullámzás mellett létezik egy harmadik, kiemelten fontos faktor, mégpedig a zooplanktonhoz tartozó parányi rákok tömege. Azzal, hogy a tengeri biomassza részét alkotó apró ízeltlábúaknak igen jelentős a szerepük az áramlatok keltésében, emiatt – közvetett módon – még a klíma alakulására is kihat a tevékenységük.

"Több dolgok vannak földön és égen Horatio, mintsem bölcselmetek azt álmodni képes"

(William Shakespeare: Hamlet)

Az óceán csodálatos titkai

A világtenger biomasszájában a fotoszintetizáló egysejtű algák, azaz a növényi vagy fitoplankton mellett az ugyancsak nyíltvízi, sodródó, planktonikus életmódot folytató parányi rákok alkotják a legnagyobb tömeget. Ezek az apró rákocskák más lényegesen nagyobb testű tengeri állatokkal együtt naponta megteszik vándorútjukat az óceán mélyéről a felszínre, és vissza.

Azt, hogy a Föld klímája kiegyenlített, a nagy óceáni szállítószalagnak köszönhetjük Forrás: Origo

A nyílt tengeri vízoszlop függőleges és napi periodicitású mozgását már korábban is ismerték az oceanográfusok,

ám ezt kizárólag fizikai állapothatározókra, a sótartalom és hőmérséklet változásaira vezették vissza.

A termohalin konvekciónak nevezett jelenség fizikai okainak hátterében a napsugárzás áll.

A zooplankton a tengeri biomasszán belül a nem önálló helyzetváltoztatással mozgó állati szervezetek összességét jelenti Forrás: Biosphoto/© Biosphoto / Fred Bavendam / Minden Pictures - Droit géré - Oeuvre protégée par copyright - « Model Release » indisponible - Ve/Fred Bavendam

A napsugárzás hatására a mérsékelt, illetve a meleg égövön, különösen a késő délelőtti és a kora délutáni órákban intenzívvé válik a felszíni párolgás, ami miatt a felszíni vízrétegek egyre sűrűbbé és sósabbá válnak. Amikor a nap lenyugszik, ez a meleg és sűrű vízréteg a mélybe süllyed, felszínre nyomva a hűvös mélységi víztömeget.

Egy evezőslábú rákféle (Calanoida sp.). A zooplanktonon belül ezek az apró ízeltlábúak alkotják a legnagyobb gerinctelen élőlényekből álló tömeget Forrás: Wikimedia Commons

A víztömegek naponta változó cseréjét az állatok is követik:

éjszaka, amikor a felszín közelébe emelkednek a hidegebb mélyvízi rétegek, a szürkületi vagy bathyális zóna több száz méteres mélységben élő lakói is követik ezt a mozgást.

Nagy ámbráscet (Physeter macrocephalus). A ragadozók is követik a vízrétegek napi periodicitású vertikális mozgását Forrás: Origo

Az aprócska rákok hihetetlen tömegben, vertikálisan haladva akár kilométeres oszlopot képezve úsznak fel, majd napfelkelte után pedig vissza, a homályos és hideg mélységbe. Mozgásuk közben mindegyik rákocska kis örvényeket kelt maga körül.

Az óceánok mélye még sok feltáratlan titkot rejt Forrás: Pexels

Korábban vitatott volt az oceanográfusok körében, hogy ezek az örvények – az állatok igen apró méretére figyelemmel – egyáltalán játszhatnak-e bármilyen szerepet az óceán vizének keveredésében.

Tartályba zárt mélytenger

A Stanford University (Kalifornia, Amerikai Egyesült Államok) kutatócsoportjának vizsgálati eredményei azt mutatják, hogy az apró rákok vízoszlopban való periodikus és tömeges mozgása

igen jelentős, eddig nem feltételezett hatást gyakorol az óceáni áramlatokra,

sőt, ezzel összefüggésben közvetett módon még a klímára is.

Zooplankton. Jobbra egy puhatestű, mellette két apró rák Forrás: ©Christian Sardet/CNRS/Tara Expéditions

John Dabiri, a Stanford University egyetem mérnöke és kollégái egy olyan módszerrel álltak elő, amivel képesek voltak laboratóriumi körülmények között előállítani és tanulmányozni a nyüzsgő rákok okozta áramlások szerkezetét.

Parányok, amelyek óceáni áramlásokat keltenek: sórák (Artemie salina) Forrás: Wikimedia Commons

A kísérletet a planktonikus életmódot folytató, az óceáni víztömegben igen gyakori sórákkal (Artemie salina) végezték el, de megfigyelési eredményeik a hasonló életmódot folytató és más, ugyancsak a zooplankton részét alkotó apró rákra, így például a szintén tömegesen előforduló krillekre is érvényesnek mondhatóak.

Az egyik legnagyobb alkotóeleme az óceáni zooplanktonnak, a krill (Euphausia sp.) Forrás: Wikimedia Commons

A tudósok egy 1,2 és egy 2 méter magas tartályt eltérő sótartalmú vízzel töltöttek fel, tehát mindkét tartályban két eltérő sűrűségű vízréteg alakult ki a vízoszlopon belül. Az egyik tartályt kék színű fényt kibocsátó diódákkal látták el, a másikat pedig kék színű lézerrel világították meg.

Sórákok Forrás: Wikimedia Commons

Mindkét tartályban 135 – 135 ezer apró sórákot helyeztek el.

Amint a parányi állatok lesüllyedtek a tartály fenekére, a kutatók bekapcsolták a fényeket,

hogy annak hatására a rákok feljöjjenek a felszínre. Ahhoz, hogy a valóságoshoz hasonló keveredést produkáljanak, oly mértékű örvényeket kell kelteniük, ami arányos a rétegződés hosszmértékéhez.

Még a kutatók is megdöbbentek attól, mire képesek a parányok

Néhány kísérletnél mikroszkopikus részecskéket kevertek el a vízbe, ennek segítségével tették láthatóvá és sokkal jobban nyomon követhetővé a sórákok keltette áramlást. Mivel a víz sűrűsége szerint töri meg a fényt, a tudósok lefényképezhették, hogyan örvénylik a víz a kis gerinctelenek körül.

A világóceán víztömegének mozgásában nemcsak a szélnek, a hullámzásnak, és a Coriolis-erőnek, hanem az apró planktonikus rákoknak is komoly szerepük van a legújabb kutatások szerint Forrás: Corey Arnold

A kísérleti eredmények még a kutatók számára is döbbenetesnek bizonyultak,

mert kiderült, hogy a rákok csaknem ezerszer gyorsabban keverték össze a két eltérő sűrűségű vízréteget a természetes keveredés sebességéhez képest.

A parányok csaknem ezerszer gyorsabban keverik el az eltérő sűrűségű vízrétegeket a természetes keveredési sebességénél, komoly lefelé ható áramlást keltve ezáltal Forrás: Wikimedia Commons

A másik meglepő megfigyelési eredmény,

hogy méretükhöz képest a rákok kifejezetten nagy örvényt keltettek.

Noha az egyes rákok okozta örvények önmagukban nem nagyok, de amint hatalmas tömegben együtt nyüzsögnek, a tömérdek kis örvény ereje összeadódik, és ez már igen jelentős hatással jár, ugyanis komoly, lefelé ható áramlás keletkezik.

A tenger víztömege keresztrétegzett, éles határok választják el a felszíni meleg és besűrűsödött vízréteget a nagyobb mélységek hűvös vizétől Forrás: Elter Tamás

Szemléletes példával olyan a rákok keltette, valamint a két eltérő tulajdonságú vízréteg természetes keveredésének folyamata közötti különbség, mint amikor a tejszínt elkeverjük kávéscsészében, illetve, ha nem kavarjuk, csak hagyjuk, hogy a tejszín magától lesüllyedjen.

Sokkal bonyolultabb a világóceán működése, mintsem sejtenénk

Az óceánban felfoghatatlanul több apró gerinctelen állatka gyűlik össze, mint amit kísérleti körülmények között rekonstruálni lehetne,

hiszen milliárdszámra rajzanak a hatalmas víztömegben,

és ez az óriási tömeg már olyan jelentős örvényeket kelt, ami megkeveri a stabil sűrűségű tengeri vízrétegeket.

A zooplanktonnak nemcsak a tengeri táplálékláncban elfoglalt ökológiai szerepe jelentős, hanem ezek szerint az óceáni áramlások keletkeztetésében is Forrás: Pure Nature

A mérések szerint a zooplanktonok keltette örvények 3 nagyságrenddel nagyobbak, mint a fizikai, termohalin hatásra keletkező áramlatok.

A parányok kollektív hatása nemcsak a vízoszlop fizikai és biogeokémiai szerkezetét változtatja meg komoly mértékben, de jelentősen hozzájárul a tápanyag, a hő, a mikrobák és a tengervízben feloldott szén szállításához is.

Hatalmas kiterjedésű planktonmezők az óceán felszínén (műholdfelvétel) Forrás: ESA

Dabiri úgy véli, hogy a rákok talán a szélnél is jelentősebben áramoltatják az óceán vizét.

Nicholas Butterfield, az University of Cambridge egyetem paleobiológusa szerint e kutatás segíthet a korai élet megfejtésében, továbbá az állatok mozgása által keltett lefelé ható áramlás hatással lehet arra is, hogy mennyi szén választódik ki a mély óceánban.

A világtenger hidrodinamikája még sok megválaszolatlan kérdést takar Forrás: Elter Tamás

Az óceán cirkulációs modelljei segítenek előre jelezni, hogy a tenger milyen szerepet játszik a klímaváltozásban. A mostani eredmények tükrében e modelleknek a jövőben számításba kell venniük a zooplanktonfaktort is, a világóceán hidrodinamikai rendszerének jobb megértéséhez.

(Forrás: Science, Nature)