الحديد هو عنصر غذائي دقيق حاسم للحياة، ويلعب دورًا أساسيًا في عمليات مثل التنفس والتمثيل الضوئي وتخليق الحمض النووي.
في المحيطات الحديثة، غالبًا ما يكون توفر الحديد محدودًا، مما يعني أن زيادة إمدادات الحديد يمكن أن يعزز تثبيت الكربون بواسطة العوالق النباتية، مما يؤثر بدوره على المناخ العالمي.
يدخل الحديد إلى المحيطات والنظم البيئية الأرضية من خلال الأنهار والأنهار الجليدية الذائبة والفتحات الحرارية المائية وخاصة الرياح. ومع ذلك، ليست كل أشكال الحديد “حيوية التفاعل”، مما يعني أن ليست كل الأشكال متاحة بسهولة للكائنات الحية لامتصاصها.
الحديد الحيوي التفاعلي في غبار الصحراء
كشف جيريمي أوينز و أستاذ مشارك في جامعة ولاية فلوريدا في بحث ذي صلة بالموضوع أن الحديد المرتبط بالغبار من الصحراء الغربية المهب غربًا فوق المحيط الأطلسي له خصائص تتغير مع المسافة المقطوعة، مشيرا أنه كلما زادت هذه المسافة، زاد الحديد حيويًا التفاعل. ما يعني أن هذه العلاقة تسلط الضوء على أن العمليات الكيميائية في الغلاف الجوي تحول الحديد الحيوي الأقل إلى أشكال أكثر سهولة في الوصول إليها، يقول الباحث.
دراسة عينات من قاع المحيط الأطلسي
قام أوينز وفريقه بتحليل محتوى الحديد الحيوي والكلي من عينات حفر تم جمعها في قاع المحيط الأطلسي بواسطة برنامج اكتشاف المحيط الدولي (IODP) وسابقيه.
تتمثل مهمة هذا البرنامج في تعميق فهمنا لتغير المناخ، والظروف المحيطية، والعمليات الجيولوجية، وأصل الحياة.
اختار الباحثون أربعة عينات، تختلف في قربها من ممر غبار الصحراء والساحل، والذي يمتد من موريتانيا إلى تشاد وهو مصدر مهم للحديد المرتبط بالغبار.
تقع أقرب عينتين على بعد حوالي 200 كيلومتر و500 كيلومتر غرب شمال غرب موريتانيا. أما العينة الثالثة فكانت من وسط المحيط الأطلسي، بينما كانت العينة الرابعة على بعد حوالي 500 كيلومتر شرق فلوريدا.
مستويات الحديد على مدى 120 ألف سنة
درس الخبراء 60 إلى 200 متر من هذه العينات، والتي تمثل رواسب تمتد على مدى 120 ألف سنة مضت، وتغطي الفترة منذ العصر الجليدي السابق.
وباستخدام مطياف الكتلة البلازمية، قام الفريق بقياس تركيزات الحديد الكلية ومستويات نظائر الحديد في النوى. وتطابقت قراءات النظائر هذه مع الغبار القادم من الصحراء الكبرى.
محور البحث
بالإضافة إلى ذلك، استخدم الباحثون التفاعلات الكيميائية لتحديد الحديد الموجود في شكل معادن مختلفة، مثل كربونات الحديد، والجوثيت، والهيماتيت، والمغنتيت، والبيريت.
وبينما لا تتفاعل هذه المعادن بيولوجيًا، فمن المحتمل أنها تشكلت من الحديد الأكثر تفاعلًا بيولوجيًا من خلال العمليات الجيوكيميائية على قاع البحر.
وقال أوينز: “بدلاً من التركيز على محتوى الحديد الكلي كما فعلت الدراسات السابقة، قمنا بقياس الحديد الذي يمكن أن يذوب بسهولة في المحيط، والذي يمكن للكائنات البحرية الوصول إليه لمساراتها الأيضية”.
“جزء بسيط فقط من إجمالي الحديد في الرواسب متاح بيولوجيًا، ولكن هذا الجزء يمكن أن يتغير أثناء نقل الحديد بعيدًا عن مصدره الأصلي. لقد كنا نهدف إلى استكشاف هذه العلاقات”.
الغبار الصحراوي وحياة المحيط
أظهرت نتائج الدراسة أن نسبة الحديد الحيوي كانت أقل في النوى الغربية مقارنة بالنوى الشرقية.
وهذا يشير إلى أن كمية كبيرة من الحديد الحيوي قد فقدت أثناء النقل، ومن المفترض أن الكائنات الحية في الماء استهلكتها قبل الوصول إلى قاع البحر.
وقال تيموثي ليونز، أستاذ في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد، المؤلف الرئيسي للدراسة: “تشير نتائجنا إلى أنه أثناء النقل الجوي لمسافات طويلة، تتغير الخصائص المعدنية للحديد غير الحيوي المرتبط بالغبار، مما يجعله أكثر حيوية. ثم يتم امتصاص هذا الحديد بواسطة العوالق النباتية، قبل أن يصل إلى القاع”.
يدعم الحديد المرتبط بالغبار حياة المحيط
وفقًا للأستاذ ليونز، خلص الفريق إلى أن غبار الصحراء الذي يصل إلى مناطق مثل حوض الأمازون وجزر الباهاما قد يحتوي على حديد قابل للذوبان ومتاح بشكل خاص لحياة المحيط
ويرجع هذا إلى المسافة الكبيرة من شمال إفريقيا، وبالتالي التعرض الأطول للعمليات الكيميائية الجوية.
وقال البروفيسور ليونز: “يبدو أن الحديد المنقول يحفز العمليات البيولوجية بنفس الطريقة التي يمكن أن يؤثر بها تخصيب الحديد على الحياة في المحيطات والقارات”.
“هذه الدراسة هي دليل على المفهوم يؤكد أن الحديد المرتبط بالغبار يمكن أن يكون له تأثير كبير على الحياة على مسافات شاسعة من مصدره”.
