Teknologiske landvinger har gjort det stadig lettere for forskerne at skaffe sig viden om de dybeste dele af oceanerne under 6 kilometers dybde kaldet den hadale zone. Selvom store dele af dybhavet stadig er uudforskere, står det nu klart, at dybhavsprocesser har stor betydning for livet på Jorden.

Af Ronnie N. Glud, professor i Marin Biogeokemi, Syddansk Universitet

Jorden er en blå planet – mere end 70% af klodens areal er dækket af hav med en gennemsnitsdybde på 3,8 kilometer. Dybhavet er således en af Jordens største habitater og har afgørende betydning for livsbetingelserne på vores planet. Dybe havstrømme regulerer temperaturfordelingen og klimaforholdene på Jorden, og biogeokemiske processer i dybhavet regulerer eksempelvis koncentrationerne af ilt og kuldioxid i atmosfæren. Dybhavet huser også utallige ukendte livsformer. Næsten hver eneste dybhavsekspedition gør nye spændende erkendelser og finder hidtil ukendte arter og biologiske samfund.

For at forstå Jordens udvikling, klimadynamik og biodiversitet er det derfor helt centralt at få en detaljeret indsigt i livet og elementkredsløbene i dybhavet. Det meste af dybhavet er imidlertid stadig uudforsket – det gælder især de allerdybeste havområder; den hadale zone, der dækker 1-2% af verdenshavet og strækker sig fra 6 kilometers dybde ned til det dybeste sted på kloden; Challenger Deep i Marianergraven, der når ned på 11 km dybde.

De hadale grave, en uforstået del af verdenshavet

Der dannes til stadighed ny havbund langs enorme undersøiske bjergkæder. Her vælder magma ud fra Jordens indre og størkner i det kolde bundvand, og ved kontinentaldrift glider den nydannede havbund gennem oceanerne med en hastighed på op mod 5-10 centimeter per år. Under rejsen dækkes de langsomt af sedimentaflejringer, der udgør et arkiv over forholdene i de overliggende vandmasser. Oceanpladerne støder mod kontinentalpladerne, der bærer klodens kontinenter, og her tvinges de atter ned i jordens indre ved en proces, der kaldes subduktion. Det er her, de hadale dybhavsgrave dannes. Der findes 27 hadale grave, de er i gennemsnit kun 70 kilometer brede, men strækker sig altså tusindvis af kilometer langs subduktionszonerne.

Det har længe været forbundet med store udfordringer at udforske de største havdybder. Men nye tekniske landvindinger har nu gjort det enklere et tage prøver og muligt at udføre eksperimenter og dykke ned til selv de dybeste dele af verdenshavet. Desuden har erkendelsen af betydningen af dybhavsprocesser for livet på Jorden, jagten på forekomster af sjældne mineraler til den grønne omstilling og geopoli­tiske forhold i de senere år forøget interessen for udforskningen af dybhavet.

Generelt falder den biologiske aktivitet med havdybden, og oprindeligt troede man ikke, der fandtes liv i dybhavet. Dybhavet er koldt, mørkt, næringsfattigt og påvirket af et enormt hydrostatisk tryk – umiddelbart ikke et indbydende sted for liv. Som navnet antyder, gjaldt denne antagelse især for den hadale zone. Hadal er afledt af ordet Hades, der betegner dødsriget i den græske mytologi. Den nyeste forskning viser imidlertid, at de hadale grave ikke er øde og golde, men faktisk repræsenterer biologiske “hotspots” i dybhavet. Gravene har en overraskende høj biologisk aktivitet og en stor biodiversitet, og de spiller dermed en stor rolle for eksempelvis carbon- og nitrogenkredsløbet i havet.

Materialedeponering på ekstrem dybde

Vi ved nu, at de hadale grave er depocentre for organisk materiale. Gravenes V-form betyder, at materiale fokuseres i bunden af gravene, og det har vist sig, at det gradvist stigende tryk hæmmer nedbrydningen af det synkende organiske materiale. Organisk materiale er derfor overraskende næringsrigt, når det lander på store dybder, hvor tryktolerante organismer florerer.

De hadale grave dannes i områder med høj seismisk aktivitet, og hyppige jordskælv skaber mudderskred, der transporterer enorme mængder af organisk materiale ned i de dybeste dele af gravene. Således estimeres det, at mere end 1 million tons organisk carbon blev transporteret til de dybeste dele af Japanergraven ved det store Tohoku-Oki Jordskælv i 2011. Lavinerne af mudder udgør en katastrofe for faunaen på gravenes sider, og de døde dyr beriger sedimentet i bunden af gravene med frisk organisk materiale.

Efterfølgende tsunamier kan også bidrage til en intens deponering af frisk organisk materiale i gravene. Fire måneder efter Tohoku-Oki jordskælvet var overfladesedimentet på 9,3 kilometers dybde i Japanergraven således beriget med den kortlivede radioaktive isotop ¹³⁴Cæsium, der kun kunne stamme fra den nedsmeltede reaktor på atomkraftværket i Fukushima. Det viser, at materiale hurtigt kan transporteres ned i de dybeste dele af verdenshavet, og at miljøet i de hadale grave er tæt forbundet med forholdene på land og i kystzonen.

Sediment­akkumuleringen i de hadale grave er i samme størrelsesorden som rater observeret i kystnære områder, og er langt højere end for dybhavet generelt. Foreløbige beregninger viser, at akkumuleringen af organisk carbon per kvadratmeter er 70 gange større i de hadale grave end på de enorme omgivende dybhavssletter. Så på trods af, at de hadale grave kun dækker 1-2 % af havbunden, kan gravene være uforholdsmæssigt vigtige for havets evne til at lagre organisk materiale og modvirke klimaforandringer forårsaget af afbrænding af fossile brændsler.  

Mikroorganismer i dybet

Men tilførslen af relativt næringsholdigt, organisk materiale stimulerer altså også den biologiske aktivitet i de dybe grave. Målinger med undersøiske robotter har vist, at iltforbruget i de hadale sedimenter er langt højere end på de omgivende dybhavssletter. Det afspejler en stærkt forøget mikrobiel aktivitet i de dybe grave.

Tilsvarende er antallet af bakterier, rundorme og andre små organismer langt større på hadal dybde end i dybhavet generelt. Sammenligner vi forholdene i de forskellige hadale grave, er der en tæt kobling mellem antallet af mikroorganismer samt omsætningsraten af organisk materiale til produktiviteten i overfladeoceanet over de enkelte grave. Det betyder, at regionale variationer i den biologiske produktion i havoverfladen afspejler sig i livsbetingelserne helt ned på 8-11 kilometers dybde – og at klima-inducerede forandringer i overfladeproduktionen vil påvirke de biologiske samfund – selv på de allerstørste havdybder.

Den generelt høje biologiske aktivitet i hadale sedimenter gør, at ilten kun trænger få centimeter ned i havbunden, og at størstedelen af det hadale mikrobielle samfund lever i en iltfri verden. Det står i skarp kontrast til forholdene på de store dybhavssletter, hvor ilten trænger langt ned i havbunden, og respiration med ilt er den altdominerende proces for nedbrydning af organisk materiale. Den overraskende tynde iltede zone har stor betydning for redox-forholdene, omsætningen og mobiliteten af vigtige bioelementer som nitrogen, fosfor og spormetaller på de største havdybder. Eksempelvis har det vist sig, at hadale bakterier i det iltfrie sediment fjerner store mængder af biotilgængeligt nitrogen ved en proces kaldet anammox (anaerob ammonium oxidation) – der første gang blev erkendt i ”spildevand” i 1990’erne.

Om end de biogeokemiske forhold på mange måder er særegne, ligner de mikrobielt medierede nedbrydningsprocesser i de hadale dyb, tilsyneladende forholdene i kystzonen meget mere end i det øvrige dybhav. Dog forløber de mikrobielt medierede processer på hadal dybde under et ekstremt hydrostatisk tryk, der formodentlig kræver, at bakterierne har særligt tilpassede enzymsystemer, membraner, cellevægge og transportsystemer.

De hadale mikrober er distinkt forskellige fra mikrober på lavere vand – men tilsyneladende er de mikrobielle samfund i de respektive hadale grave også meget forskellige. De hadale mikrober udviser også en overraskende stor diversitet. Tilpasning til ekstremt tryk er således ikke en evolutionær flaskehals for mikrobielt liv. Muligvis spiller en horisontal gentransport mellem bakterier, medieret af bakterie-inficerende virus, en vigtig rolle for effektiv tilpasning til forholdene i dybet? Der er stadig meget at lære om tilpasning og evolution af mikrobielt liv på de store havdybder.

Højere liv i de hadale grave

Repræsentanter fra de fleste faunagrupper har tilpasset sig det ekstreme tryk i de hadale grave. Mange hadale arter er endemiske og findes altså kun i de dybe grave. Det er stadigt uklart, i hvilken udstrækning de biologiske samfund i de respektive grave er genetisk isoleret, eller hvor stort spredningspotentialet er for forskellige faunagrupper. Der er tilsyneladende eksempler på både distinkt isolering og spredning mellem forskellige grave formodentlig via dybe havstrømme, der således dikterer intensiteten og retningen for spredningen af hadale organismer.

Den hadale fauna er imidlertid fattig på visse grupper såsom søpunge og søstjerner, mens andre er stærkt overrepræsenteret som eksempelvis søpølser. En markant observation er manglen på fisk på de allerstørste havbyder. Der findes ganske vist flere hadale fiskearter, alle stammer fra familien Ringbuge. Dybdegrænsen for fisk ligger i omegnen af 8 kilometer, da deres fysiologi ikke gør det muligt at leve ved et højere tryk.

Den dybeste veldokumenterede observation af en fisk blev gjort på 8336 meters dybde i Izu-Ogasawara-graven af et internationalt forskningshold den 15. august 2022. Kort efter lykkedes det holdet at fange to individer af en anden fiskeart på 8022 meters dybde i Japanergraven.

Krebsdyr er mere resistente mod ekstremt tryk, og de udgør den helt dominerende og mest diverse faunagruppe på de største havdybder. Således har tanglopper (amphipoda) overtaget den biologiske niche som ådselædere af større dyr, der lander i gravene. Tanglopperne er meget succesfulde og kan nå imponerende størrelser på mere end 20 centimeters længde.

Livet har således tilpasset sig de ekstreme forhold i dybet – langt fra havoverfladen og kystzonen, og det var derfor også højst overraskende, da man fandt markant forhøjede koncentrationer af miljøfremmede stoffer i den hadale fauna. Eksempelvis viste amphipoder på 10 kilometers dybde meget høje koncentrationer af industrielt produceret PCB (PolyChlorineret Biphenyl).

Menneskeskabt forurening på de største havdybder

Det er altså ikke kun organisk carbon, der deponeres, fokuseres og akkumulerer i de hadale grave, miljøfremmede stoffer finder også vej til de fjerneste afkroge på kloden. Således er der fundet stærkt forøgede koncentrationer af kviksølv i både fauna og sediment i flere hadale grave. Tilsvarende indeholder overfladesedimentet i Atakama- og Kermadec-­gravene høje koncentrationer af PCB, der blev forbudt i 1970’erne.

I lavvandede havområder er sedimentlag med høje PCB-koncentrationer ofte begravet under sediment­overfladen, men i de hadale grave findes PCB  tæt på sedimentover­fladen. Det afspejler formodentlig, at de svært nedbrydelige miljøfremmede stoffer efter en forsinkelse og langt efter produktionsforbuddet, nu har nået de hadale dybder. De relativt høje koncentrationer af miljøfremmede stoffer i det hadale miljø skyldes formodentlig en bioakkumulering via ådsler som hvaler og store fisk, adsorption til synkende partikler og den før omtalte seismisk inducerede transport af sediment fra lavere dybde. Man kan nok forvente, at koncentrationen af miljøfremmede stoffer i de hadale grave vil stige i de kommende år.

Det er kun indenfor de seneste 5-10-år, at det har været teknisk muligt for bemandede ubåde rutinemæssigt at dykke ned i de hadale grave – og med antallet af dyk øges vores forståelse af den hadale zone, men også antallet af observationer af menneskelig påvirkning. Det er forstemmende at se plastikposer flyde forbi ubådens vinduer på 10 kilometers dybde og finde mikroplastik i den hadale fauna.

Sidste år blev dybhavsforskning beriget med en ny term; “Müllspuren” (oversat fra tysk: affaldsspor). Termen er afledt af ”Lebensspuren”, der dækker over spor efter fauna i havbunden, og som findes i både moderne sedimenter og i fossile aflejringer, hvor de giver et indblik i udviklingen af liv og adfærd gennem geologiske tidsaldre. Lange lige aftryk i de hadale overfladesedimenter havde imidlertid undret forskerne, indtil observationer på 10 kilometers dybde i Filippiner-graven viste, at det skyldtes aftryk fra drivende plastikposer, der blev trukket over havbunden med strømmen. De hadale grave er således ikke isolerede habitater langt fra menneskeskabte påvirkninger, men bærer tydelige præg af den Antropocæne tidsalder.

Mange nye opdagelser venter

De hadale grave er unikke habitater med særegne livsformer, der har udviklet sig under det ekstreme tryk. Men det er også habitater, der tilsyneladende har uforholdsmæssig stor betydning for oceanernes elementkredsløb og ikke kan forstås ved at ekstrapolere vores viden om det øvrige ocean. Gravene er overraskende diverse og dynamiske og tæt koblede til variationer i overfladeoceanet og måske langt mere sårbare overfor menneskeskabte påvirkninger end tidligere antaget. Men udforskning af gravene er kun lige begyndt, og der er stadig mange opdagelser at gøre på de største havdybder. ♦