En dynamisk kolcirkulation upptäcktes i gravsänkan i Japan med en vetenskaplig forskningsborrning på havsbotten
De djuphavsgravar vars djupaste delar ligger i den så kallade hadalzonen utgör de mest outforskade miljöerna på jorden. En internationell forskningsgrupp samlade för första gången in långa sedimentprover från botten av en gravsänka under expeditionen IODP 386. De första betydande resultaten från expeditionen ger ny information om kolcirkulationen i gravsänkornas sediment. Resultaten har nu publicerats i Nature Communications. Från Finland deltog specialforskare Joonas Virtasalo från Geologiska forskningscentralen.
Att hitta en dynamisk kolcirkulation i gravsänkan i Japan är det första betydande vetenskapliga forskningsresultatet som baserar sig på sedimentborrprover som samlats in under expeditionen International Ocean Discovery Program (IODP) 386 Japan Trench Paleoseismology. Utöver den nya uppfattningen om grundämnescirkulationen bildar de insamlade proverna och mätresultaten ett arkiv över händelserna i en gravsänka under mer än 24 000 år. Detta gör det möjligt att undersöka hur återkommande stora jordbävningar är på lång sikt och hur farliga de är.
Sedimentproverna från gravsänkan vittnar om att lösligt kol har begravts och brutits ned på lång sikt
Den japanska gravsänkan ligger i området kring “Eldringen i Stilla havet”, som länge har intresserat jordbävnings- och djuphavsforskare. Vid gravsänkan i Japan böjer sig den submarina kontinentalplattan när den sjunker under den andra kontinentalplattan i subduktionszonen och bildar en mycket djup gravsänka och ackumulerar en tektoniskt spänning. Den ackumulerade spänningen utlöses vid stora jordbävningar.
Vibrationer orsakade av stora jordbävningar och förändringar på havsbottnen utlöser stora undervattensskred som transporterar färskt organiskt kol som samlats i sedimenten till botten av gravsänkan. För att undersöka förekomsten av de stora jordbävningarna på lång sikt och deras inverkan på djuphavsmiljön samlade expeditionen in och undersökte 58 upp till 37,82 meter långa sedimentborrprover från 15 platser längs hela 500 kilometer långa gravsänkan i Japan.
“Vi har gjort två nya rekord i havsforskningens och den vetenskapliga forskningens historia”, berättar en av ledarna för expeditionen, professor Michael Strasser från Innsbrucks universitet. “Vi samlade in ett sedimentborrprov från det djupaste stället (8023 m) och uppnådde världens största undersökningsdjup på 8060,74 meter under havsytan.”
Undersökningarna av proverna visade stora mängder labilt lösligt kol i sedimentets porvatten. En stor mängd lösligt kol visar att nedbrytningen av organiskt kol är mycket kraftigare i hadalzonens djup än på vanlig djuphavsbotten. Forskningsgruppen bedömer kolets ålder och begravning i sedimenten med radioaktivt kol.
“Resultaten är spännande, eftersom kol som lösts upp i porvattnet kan ha en stor inverkan på kolets kretslopp i jordens djup när det begravs djupare ner i sedimenten och sjunker ner i subduktionszonen”, berättar doktoranden Mengfan Chu (Ocean University of China), huvudförfattare till artikeln i Nature Communications.
En omfattande geokemisk undersökning av porvattenproverna stöder hypotesen. Den stora mängden metan i sedimenten i gravsänkan i Japan samt porvattnets övriga egenskaper visar att mikroberna åstadkommer en kraftig metanproduktion, vilket antas vara en följd av upprepade stora jordbävningar. Genom att öka mängden organiskt kol som hamnar i gravsänkan och bearbeta sedimentens fysikaliska och geokemiska egenskaper påverkar jordbävningarna kraftigt kolets kretslopp och organismernas ämnesomsättning i de yttersta förhållandena i sänkorna.
Forskningen i gravsänkan i Japans fortsätter
“Fynden visar att gravsänkorna inte är “fridfulla” djuphavsmiljöer som man tidigare tänkt sig. Vi kan konstatera att fler fynd av koldioxidcirkulationen i hadalzonen är att vänta i framtiden”, berättar professor Rui Bao, Ocean University of China, som ledde undersökningen av proverna. “I forskningsartikeln berättar vi också till exempel om förekomsten av autigena karbonat i sedimenten i gravsänkan i Japan. De tyder på kolomvandlingen från en form till en annan (sedimenterad, löslig, gasformig och mineraliserad) samt till att det i hadalzonens omgivning finns en dynamisk koldioxidcirkulation som förenar markytan och dess insida med subduktionszonerna.”
Från Finland deltog specialforskare Joonas Virtasalo från Geologiska forskningscentralen. Virtasalo fokuserar i sina undersökningar på hur bottenfaunans verksamhet (bioturbation) påverkar sedimentens struktur och sammansättning i gravsänkan i Japan. “Tidigare ansågs världshavens djupaste hörn vara tråkiga miljöer där det knappt händer något. Denna undersökning visar utan tvekan att förhållandena på bottnen av gravsänkan i Japan varierar snabbt och kraftigt, vilket till exempel stärker begravningen av kol och avlägsnandet av kol från biosfären till subduktionszonen”, beskriver Virtasalo resultaten av den nya forskningsartikeln.
International Ocean Discovery Program (IODP) är ett offentligt finansierat internationellt havsforskningsprogram som omfattar 21 länder. Finlands Akademi finansierar Finlands medlemsavgift i programmet. Trettiosex experter från olika vetenskapsområden från Australien, Indien, Storbritannien, Österrike, Japan, Kina, Frankrike, Tyskland, Finland och USA fortsätter att undersöka proverna från expeditionen IODP 386. Vetenskapliga framsteg kan förväntas i frontlinjen för djuphavs-, undervattens- och jordbävningsforskning. Utöver forskningsartikeln publicerar IODP-programmet preliminära resultat för hela expeditionen.
Mer information
Organisationer som deltagit i expeditionen IODP 386:
European Consortium for Ocean Research Drilling (ECORD)
Institute for Marine-Earth Exploration and Engineering (MarE3)/
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)
International Ocean Discovery Program (IODP)
Geologiska forskningscentralen (GTK)
IODP Expedition 386 press meddelande (på engelska):
Press Release: Scientific ocean drilling discovers dynamic carbon cycling in the ultra-deep-water Japan Trench
Om expeditionen IODP 386
Om forskningsprogrammet IODP
Om IODP-programmets europeiska del (ECORD)
Om IODP-programmets japanska del
Forskningsartikel
Chu, M., Bao, R.*, Strasser, M., Ikehara, K., Everest, J., Maeda, L., Hochmuth, K., Xu, L., McNichol, A., Bellanova, P., Rasbury, T., Kölling, M., Riedinger, N., Johnson, J., Luo, M., März, C., Straub, S., Jitsuno, K., Brunet, M., Cai, Z., Cattaneo, A., Hsiung, K., Ishizawa, T., Itaki, T., Kanamatsu, T., Keep, M., Kioka, A., McHugh, C., Micallef, A., Pandey, D., Proust, J. N., Satoguchi, Y., Sawyer, D., Seibert, C., Silver, M., Virtasalo, J., Wang, Y., Wu, T. W., Zellers, S. (2023). Earthquake-enhanced dissolved carbon cycles in ultra-deep ocean sediments. Nature Communications.
Rapport om forskningsresan
Ikehara, K., Strasser, M., Everest, J., Maeda, L., Hochmuth, K., and the Expedition 386 Scientists, 2023. Expedition 386. Preliminary Report: Japan Trench Paleoseismology. International Ocean Discovery Program. Ladda ner rapporten: https://www.ecord.org/?ddownload=18058
Kontaktuppgifter
Joonas Virtasalo, specialforskare
Geologiska forskningscentralen GTK
joonas.virtasalo@gtk.fi
tfn +358 29 503 2261
Kontakt på engelska:
Michael Strasser (chef för expeditionen IODP 386)
Department of Geology
University of Innsbruck, Austria
E-mail: michael.strasser@uibk.ac.at
Ken Ikehara (chef för expeditionen IODP 386)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
Geological Survey of Japan
E-mail: k-ikehara@aist.go.jp
