Quando il vulcano Kīlauea eruttò nel 2018, ha iniettato milioni di piedi cubi di lava fusa nelle acque povere di nutrienti al largo della Big Island delle Hawaii. L'acqua di mare colpita dalla lava conteneva alte concentrazioni di nutrienti che stimolavano la crescita del fitoplancton, risultando in un vasto pennacchio di microbi che è stato rilevabile dal satellite.

Uno studio condotto da ricercatori dell'Università delle Hawaii (UH) a Mānoa e della University of Southern California (USC) e pubblicato oggi sulla rivista Scienza ha rivelato che questa risposta biologica dipendeva da concentrazioni inaspettatamente elevate di nitrati, nonostante la trascurabile quantità di azoto nella lava basaltica. Il team di ricerca ha determinato che il nitrato è stato portato sulla superficie dell'oceano quando il calore del sostanziale apporto di lava nell'oceano ha riscaldato le acque profonde ricche di sostanze nutritive e ne ha causato la risalita, fornendo allo strato illuminato dal sole sostanze nutritive.

Dopo aver osservato la fioritura del fitoplancton nelle immagini satellitari, l'UH Mānoa Center for Microbial Oceanography:Research and Education (C-MORE) ha organizzato una spedizione oceanografica di risposta rapida sulla nave da ricerca UH Ka'imikai-O-Kanaloa dal 13 al 17 luglio, 2018—nel pieno dell'attività di Kilauea. Il team ha condotto operazioni 24 ore su 24 nelle vicinanze della regione di ingresso della lava per testare la chimica dell'acqua e la risposta biologica al drammatico evento.

Co-autori principali Sam Wilson a C-MORE e Nick Hawco, un ricercatore USC che entrerà a far parte del Dipartimento di Oceanografia UH Mānoa nel gennaio 2020, testato l'ipotesi che la lava e la polvere vulcanica stimolerebbero i microrganismi che sono limitati da fosfato o ferro, che sono sostanze chimiche presenti nella lava.

Come si è scoperto, poiché c'era così tanta lava nell'acqua, il ferro e il fosfato disciolti si combinano in particelle, rendendo quei nutrienti non disponibili per i microbi. Ulteriore, profondo, l'acqua di mare riscaldata è diventata galleggiante e ha sollevato nitrati che hanno causato la fioritura di altre classi di fitoplancton.

È possibile che questo meccanismo abbia portato in passato a simili eventi di fertilizzazione oceanica associati alla formazione delle Isole Hawaii e ad altre significative eruzioni vulcaniche, suggeriscono gli autori. A seconda della loro posizione, un'eruzione prolungata su questa scala potrebbe anche facilitare un grande flusso di nitrati dall'oceano profondo e perturbare la circolazione oceanica su larga scala, biologia e chimica.

"La spedizione nel luglio 2018 ha offerto un'opportunità unica per vedere in prima persona come un massiccio apporto di nutrienti esterni altera gli ecosistemi marini che sono perfettamente in sintonia con le condizioni di basso contenuto di nutrienti, " ha detto Wilson. "Le risposte dell'ecosistema a un'aggiunta così sostanziale di nutrienti sono raramente osservate o campionate in tempo reale. UH ha una forte tradizione non solo di ricerca vulcanica, ma anche guardando ai suoi impatti sull'ambiente circostante come l'oceano, acque sotterranee, atmosfera. Quest'ultima ricerca migliora la nostra comprensione delle interazioni tra lava e acqua di mare nel contesto molto più ampio delle connessioni terra-oceano".

"La scienza è uno sport di squadra, " ha detto Dave Karl, autore senior e co-direttore della UH Mānoa Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology (SCOPE). "SCOPE enfatizza la collaborazione, dove scienziati con competenze complementari si sono riuniti per completare questo unico, progetto interdisciplinare”.

Nel futuro, il team spera di campionare gli stagni appena formati sul fondo del cratere Halema'uma'u e indagare ulteriormente sulle interazioni tra lava e acqua di mare in laboratorio.