Studio sugli isotopi dell'azoto nelle baie del nord del Cile

In natura, gran parte della materia organica si trova non nelle cose vive ma in piccoli frammenti di materiali organici in decomposizione nell'oceano, conosciuti come materia organica particolata (POM). Questa POM è super importante perché fornisce Azoto, carbonio e altri elementi essenziali per gli Ecosistemi sia del mare aperto che del fondo oceano. I processi che creano, cambiano e degradano la POM sono parti fondamentali dei cicli del carbonio e dell'azoto in vari ambienti come le acque costiere, le profondità oceaniche, i sedimenti marini e i suoli.

Nell'oceano aperto, le particelle sospese nell'acqua o che affondano consistono principalmente di piccole piante e materiale azotato in decomposizione. Gli amminoacidi, i mattoni delle proteine, rappresentano una parte importante di questo azoto organico. Studiando come gli Isotopi di carbonio e azoto sono distribuiti in questi amminoacidi, i ricercatori possono capire importanti processi metabolici, da dove provengono i nutrienti e come si muovono attraverso la catena alimentare.

Misurare gli isotopi di azoto e carbonio negli amminoacidi può aiutare a determinare come viene prodotta la materia organica e come si degrada attraverso vari processi biologici. Può anche fornire informazioni dettagliate sui cambiamenti nelle reti trofiche. Diversi amminoacidi sono prodotti attraverso percorsi specifici sia nelle piante che negli animali, e questo può indicare l'origine dell'azoto e come è cambiata la materia organica.

#L'Area di Studio

La penisola di Mejillones, nel nord del Cile, è una caratteristica geografica prominente creata da attività tettonica. Si estende per 50 chilometri di lunghezza e 20 chilometri di larghezza, formando due catene montuose e una pianura costiera. Questa penisola altera la costa, creando la baia di Mejillones, che si affaccia a nord, e la baia di Antofagasta, che si affaccia a sud. Queste aree rientrano nel sistema della corrente di Humboldt, uno degli ecosistemi marini più produttivi del mondo.

Le condizioni oceaniche nella baia di Mejillones sono influenzate da vari processi che si verificano su diverse scale temporali. L'upwelling costiero guidato dal vento porta acqua ricca di nutrienti dalle profondità sottomarine in superficie, creando spesso condizioni di bassa ossigeno o addirittura di assenza di ossigeno. L'orientamento della baia influisce sui suoi schemi di upwelling, portando alla formazione di fronti termici che aiutano a mantenere l'acqua nella baia e contribuiscono ad alta produttività.

D'altra parte, la baia di Antofagasta è anch'essa influenzata dalla corrente di Humboldt, ma ha una struttura idrodinamica diversa. Qui, l'upwelling crea fronti termici che fungono da barriere, intrappolando l'acqua vicino alla costa. Questo processo aiuta a trattenere particelle organiche e inorganiche, oltre al plancton.

Nonostante la baia di Mejillones sia stata ben studiata, la baia di Antofagasta ha ricevuto meno attenzione, con la ricerca che si è concentrata principalmente su aspetti oceanografici come cambiamenti di temperatura, dinamiche stagionali del zooplancton e ecologia del fitoplancton.

#Obiettivi della Ricerca

Questo studio mirava ad analizzare le firme isotopiche dell'azoto negli amminoacidi dalla materia organica particolata sospesa e affondante nelle due baie di upwelling del nord del Cile. I ricercatori cercavano di capire i modelli di distribuzione e i comportamenti di questi isotopi di azoto per determinare le loro fonti e come si trasferiscono attraverso la rete alimentare e si degradano.

#Metodologia

Sono state scelte nove stazioni di campionamento nelle baie di Mejillones e Antofagasta a marzo 2023. I campioni d'acqua sono stati raccolti da diverse profondità utilizzando bottiglie speciali. Questi campioni sono stati filtrati e conservati per successive analisi di vari componenti, tra cui carbonio organico, clorofilla e nutrienti.

È stata prestata particolare attenzione alla misurazione delle proprietà fisiche e chimiche nell'acqua, come temperatura, salinità, ossigeno disciolto e pH. Sono stati presi anche campioni d'acqua per analisi specifiche degli isotopi di azoto.

Trappole per sedimenti sono state installate per raccogliere materia organica che affondava dalla colonna d'acqua, permettendo ai ricercatori di misurare quanta materia organica carboniosa stava scendendo verso il fondo dell'oceano.

#Condizioni Oceanografiche

Le strutture fisiche e chimiche delle colonne d'acqua nelle baie di Mejillones e Antofagasta erano simili, anche se esistevano variazioni. Si trovava uno strato di acqua caldo, meno salato e ben ossigenato in superficie, con temperature che variavano da 14 °C a 22 °C e livelli di ossigeno tra 4 e 10 mg/L. Sotto questo strato superficiale, la temperatura diminuiva e i livelli di ossigeno calavano drasticamente, indicando condizioni ipossiche nelle parti più profonde di entrambe le baie.

Le misurazioni di nutrienti e clorofilla mostrano che le concentrazioni più alte di clorofilla erano presenti negli strati superiori dell'acqua. Qui si verifica la maggior parte della produzione primaria, alimentata da luce solare e nutrienti.

Nella baia di Mejillones, i composti di azoto erano più variabili rispetto alla baia di Antofagasta. In entrambe le baie, i livelli di azoto mostrano modelli di cambiamento chiari con la profondità, riflettendo il grado di degradazione della materia organica e del ciclo di nutrienti.

#Azoto e Materia Organica

La ricerca ha messo in evidenza come gli isotopi di azoto nei composti disciolti e nella materia organica particolata possano informarci sulle fonti di azoto in queste baie. In entrambe le baie, sono stati trovati livelli più alti di isotopi di azoto-15, indicando processi come la denitrificazione, dove i composti azotati vengono alterati o persi attraverso l'attività microbica.

Lo studio ha trovato che la materia organica in entrambe le baie proviene principalmente da fonti locali, o autoctone. Questo significa che la maggior parte del materiale organico trovato nelle baie è stato prodotto in situ, piuttosto che essere trasportato da fonti esterne.

Le firme isotopiche degli amminoacidi indicavano anche che la materia organica ha subito cambiamenti significativi mentre si muoveva attraverso la colonna d'acqua, specialmente nelle aree dove i livelli di ossigeno erano bassi.

#Comprendere le Dinamiche Tofiche

I modelli osservati negli isotopi di azoto mostrano che il trasferimento trofico e il riciclo della materia organica si stavano verificando attivamente nell'acqua. A profondità più basse, lo studio ha trovato prove che il fitoplancton veniva consumato dal zooplancton, con il carbonio che veniva trasferito verso l'alto nella rete alimentare.

Man mano che l'acqua diventava più profonda, i valori isotopici indicavano un arricchimento di azoto, suggerendo che la materia organica stava venendo elaborata attraverso la rete alimentare e l'attività microbica stava aumentando. Questo processo portava a una maggiore ritenzione di azoto nelle particelle mentre affondavano.

I risultati mostrano anche che i tassi di trasferimento trofico e di rielaborazione microbica della materia organica variavano tra le due baie. La baia di Mejillones aveva valori più alti per questi processi rispetto alla baia di Antofagasta, indicando un'attività microbica e un'elaborazione della materia organica più intense nella baia di Mejillones.

#Fattori Ambientali che Influenzano gli Ecosistemi

Le differenze osservate nelle due baie possono essere attribuite a fattori come l'orientamento geografico e la topografia del fondo. Nella baia di Mejillones, si sono registrate temperature dell'acqua più calde e livelli di ossigeno più bassi, mentre la baia di Antofagasta ha visto temperature superficiali più elevate e livelli di ossigeno variabili.

Queste differenze nelle condizioni fisiche probabilmente influenzano come viene elaborata e trasferita la materia organica attraverso l'ecosistema. Lo studio suggerisce che i modelli di circolazione locale, i tempi di residenza e i fronti termici possano tutti giocare un ruolo in questa variabilità.

#Implicazioni per la Gestione

I risultati di questa ricerca sottolineano l'importanza di considerare ciascuna baia come un'unità ecologica unica. Le condizioni locali e i processi in ciascuna baia influenzano significativamente il ciclo della materia organica e la dinamica dei nutrienti.

Comprendere queste dinamiche è fondamentale per una gestione e una conservazione efficaci degli ambienti marini, soprattutto in aree colpite da attività umane come estrazione mineraria, pesca e inquinamento.

Le firme isotopiche forniscono strumenti preziosi per valutare la salute e la produttività di questi ecosistemi costieri. Concentrandosi sulle caratteristiche specifiche di ciascuna baia, è possibile sviluppare migliori strategie di gestione per proteggere e sostenere queste risorse marine vitali.

#Conclusione

Questo studio fa luce sulle complesse interazioni tra materia organica, fonti di azoto e processi microbici negli ecosistemi marini costieri. La ricerca illustra come le condizioni locali influenzino il ciclo dei nutrienti e le dinamiche della materia organica, sottolineando la necessità di strategie di gestione su misura che tengano conto delle caratteristiche uniche di ciascuna baia.

Con le attività umane che continuano a impattare questi ambienti, capire il delicato equilibrio di questi ecosistemi diventa sempre più urgente, evidenziando l'importanza di ricerche e monitoraggi continuativi.