Mořská voda je koktejl prvků

V mořské vodě se vyskytují snad všechny prvky Mendělejevovy tabulky. Některých je ve vodě velké množství, například sodíku a chloru, které způsobují její slanost. Jiné prvky jsou naopak obsažené v zanedbatelném množství. Dohromady je to opravdu silný punč. Jsou tu i vzácné prvky - vzdorují našemu úsilí o jejich přesnou detekci, ale víme, že mají schopnost kontrolovat život v oceánech. Podrobné studie nyní odhalují, odkud se tyto jednotlivé prvky berou a jaký je jejich pravý vliv na oceánské ekosystémy.

Železo

Litr mořské vody obsahuje pouze 30 nanogramů železa, a to ještě jen v oceánských oblastech s jeho vysokým obsahem. Je to tak důležitý prvek, že představuje jeden z hlavních faktorů umožňujících život v oceánech – je  nezbytným pro uskutečnění fotosyntézy. Odtud pramení názor, že by bylo dobré uměle fertilizovat oceány železem k podpoře růstu planktonu, který pohlcuje CO₂, a tím omezovat změny klimatu. Od začátku průmyslové éry oceány pohlcují přibližně 40 % emisí CO₂, vznikajících lidskými aktivitami. Část CO₂ se rozpouští ve vodě, zbytek absorbuje fytoplankton v průběhu fotosyntézy. Dosud se předpokládalo, že se železo dostává do oceánů ze zemského povrchu v důsledku eroze hornin a že jej odtud odnáší vítr nebo řeky. Průzkumné cesty po oceánech ale odhalily, že velká množství železa se do oceánů dostávají z hlubokomořských hydrotermálních průduchů. Po několika letech železo klesá na mořské dno. Distribuce železa je nepravidelná, což znamená, že fertilizace železem může být v některých případech efektivnější než jinde.

Dusík

Význam dusíku se ozřejmil v souvislosti se zelenou revolucí ve 20. století, kdy došlo k velkému rozvoji používání umělých dusíkatých hnojiv. Bez dusíku si organismy nemohou vytvářet proteiny. V mnoha pozemských ekosystémech určuje množství dusíku, které je k dispozici pro rostliny, i to, kolik živých organismů zde může dobře přežít. Agronomové ve 20. století zjistili, že přidávání dusíku do půdy zvyšuje hektarové výnosy. Negativní stránkou věci bylo, že velké množství dusíku, které rostliny nevyužily, se z půdy vyluhovalo a řeky jej odnesly do oceánů. Zatím se však ještě přesně neví, co se s ním pak děje dál. Velmi dobře je známo, že přílišné množství dusíku v oceánech představuje problém. Jeho přemíra znamená nadměrný růst řas, často tak velký, že dusí všechno ostatní a vytváří takzvané mrtvé zóny. Tento jev se bude ještě zhoršovat, protože růst dešťových srážek související se změnou klimatu množství dusíku v oceánech ještě zvýší. Platí to ale i obráceně, že totiž dusík v oceánech ovlivňuje klima. Ve vodách bohatých na dusík se vytváří oxid dusný (rajský plyn) a přibližně jeho třetina se z vody uvolňuje do atmosféry. Oxid dusný je nejen skleníkový plyn, ale navíc narušuje i ozonovou vrstvu, a tak ovlivňuje i život na celé planetě.

Fosfor

Fosfor je součástí struktury DNA, buněčných membrán a energetické molekuly ATP. Jeho množství, spolu s dusíkem a železem, určuje, kolik života lze v oceánu ještě zajistit. Obsah fosforu v oceánech se postupně zvyšuje s nárůstem množství umělých hnojiv na pevnině a jejich splavováním do oceánů (spolu s dusíkem). Tyto dva nutrienty spoluurčují, kolik života může současně existovat v jedné lokalitě. Je tomu možná tak proto, že různé organismy v daném prostředí mají rozdílné požadavky. Současné odhady naznačují, že 5 % až 10 % života v povrchových vrstvách oceánů je limitováno dusíkem a fosforem.

Selen

Goldiloksova selenová zóna je úzké rozmezí hodnot, v nichž jsou úrovně tohoto mikronutrientu právě ty správné pro život. Selen je důležitý pro většinu organismů včetně člověka. Získáváme jej z nejrůznějších potravin, zejména z ryb, a tělo ho využívá k stavbě proteinů potřebných k tvorbě DNA, k reprodukci a regulaci úrovně hormonů. Před 500 miliony lety pomohl selen ke vzniku většiny skupin živočichů, které se poprvé objevily na Zemi. Při větších koncentracích je selen toxický. Jeho vysoký obsah se objevil například v Sanfranciském zálivu a v některých jezerech a rezervoárech USA, kam se dostal z erodovaných hornin, při zavlažování a z kapalných odpadů z rafinérií ropy. V 80. letech se tam pak objevovaly deformované kachny a další poškození živočichové. Problémy ale vznikají nejen v důsledku vysokého obsahu selenu, ale i při jeho nedostatku. S nedostatkem selenu jsou například spojena nejméně tři masová hynutí živočichů, a to ke konci ordoviku, devonu a triasu, kdy byly úrovně selenu v oceánech o dva řády nižší, než je tomu dnes, tedy hluboko pod úrovní nutnou k udržení života.

Rtuť

Rtuť nemá v buňkách žádnou funkci a je toxická pro nervové systémy. Ve vodních živočiších se koncentruje ve formě metylrtuti, (CH₃)₂ Hg, poškozuje mozek, je příčinou deformací novorozeňat a snižuje míru porodnosti. Zatím se přesně neví, kolik rtuti v mořích je a kde nakonec končí. Vzhledem k její nebezpečnosti uzavřelo 128 zemí tzv. Minamatovu konvenci zavazující ke snižování jejích emisí. V dubnu 2017 bylo zveřejněno, že v důsledku lidských aktivit v období 1850 až 2010 se vyprodukovalo 1,5 milionu tun rtuti. V souvislosti se spalováním fosilních paliv se dostalo do životního prostředí 78× více rtuti než z přírodních zdrojů. Když se rtuť dostane do životního prostředí, zůstává zde řádově stovky let. Proto nás rtuť z doby průmyslové revoluce potenciálně ovlivňuje i dnes. Spalování uhlí se však podílí na emisích rtuti méně, než například produkce zlata a stříbra. V případě spalování uhlí je to 38 000 tun a u těžby a zpracování zlata 221 000 tun a u stříbra 365 000 tun.

Olovo

Podobně jako rtuť, i olovo se akumuluje v potravním řetězci. V moři jej absorbuje plankton, dostává se do rostlin a jejich prostřednictvím do býložravců a nakonec do lidí. Nepatrné úrovně olova v mořské vodě se postupně zvyšují a jeho zkoncentrováním jsou nejvíce postiženi velcí predátoři. Olovo je škodlivé pro srdce a ledviny a může způsobit i nevratné poškození mozku. Téměř veškerý obsah olova se do oceánů dostává v důsledku lidských aktivit. Měření je však velmi složité. Po dlouhou dobu se například lodě opatřovaly nátěry s obsahem olova a zařízení na odebírání vzorků vody se vyráběla z plastů, které rovněž obsahovaly olovo. Také výfuky z pohonných jednotek lodí emitovaly do okolního vzduchu olovo.  Poté, co USA, Evropa, Kanada a Mexiko zakázaly v 90. letech přidávat do benzínu olovo, se jeho obsah v severním Atlantiku desetinásobně snížil. V severním Pacifiku tomu tak ale není, protože obsah olova se zde zvyšuje v souvislosti s mohutným spalováním uhlí v Číně.

Neodym

Některé vzácné prvky nejsou ani nutrienty, ani nejsou toxické. Zájem o ně vyplývá z toho, co nám říkají o jiných stopových prvcích. Například prvek vzácných zemin neodym pomáhá sledovat cestu jiných prvků. Čím jsou horniny mladší, tím je větší poměr dvou izotopů neodymu, a to neodymu 143 a 144. Když hornina eroduje, vítr odnáší do oceánů i neodym, který představuje jakousi časosběrnou známku. Stáří hornin se sleduje na celém světě. Když výzkumníci objeví v oceánu neodym, mohou se podívat na jeho izotopové složení a porovnat jej s místy na pevnině, která vykazují stejné stáří hornin. Tak zjistí, odkud nejpravděpodobněji pochází. A protože stopové prvky často cestují společně, pomáhá to identifikovat pravděpodobné zdroje i jiných prvků, například železa. Identifikace nových zdrojů na pevnině může pomoci chránit oceány. Například při rozvoji zemědělství v nových oblastech nebo při výstavbě nových silnic a domů se může omezovat prašnost. Pokud je známo, ze kterých oblastí pochází prach, který je významným zdrojem železa pro oceány, je možno se vyhnout strádání oceánů, které jsou vzdáleny tisíce kilometrů od tohoto zdroje.

Zdroj: Andy Ridgway: Seven elements that rule the waves. New Scientist, 2017, č. 3151, s. 36 – 39