Когда азотсодержащие удобрения попадают в водоемы, результат может быть смертельным для морских обитателей вблизи берега, но каков эффект азотного загрязнения далеко в открытом океане?
130-летний мозговой коралл дал ответ, по крайней мере, для северной части Атлантического океана у восточного побережья Соединенных Штатов. Измерив содержание азота в скелете коралла, группа исследователей из Принстонского университета обнаружила значительно меньшее загрязнение азотом, чем предполагалось ранее. Исследование было опубликовано онлайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«К нашему удивлению, мы не видели свидетельств увеличения загрязнения азотом в северной части Атлантического океана за последние несколько десятилетий», - сказал Синчен (Тони) Ван, который проводил работу в рамках своей докторской диссертации по геонаукам в в Принстоне, а сейчас работает докторантом в Калифорнийском технологическом институте.
Предыдущая работа группы из Принстона, однако, выявила повышенное загрязнение азотом в другом месте открытого океана в Южно-Китайском море, что совпало с резким увеличением добычи угля и использования удобрений в Китае за последние два десятилетия..
В новом исследовании исследователи изучили образцы скелетов кораллов, собранные в открытом океане примерно в 620 милях к востоку от североамериканского континента недалеко от острова Бермудские острова, регион, который, как считается, находится под сильным влиянием переносимого по воздуху азота, выбрасываемого из США. материковые источники, такие как выхлопные газы автомобилей и электростанции.
Несмотря на то, что команда не нашла доказательств того, что антропогенный азот растет, исследователи отметили изменения в азоте, которые соответствовали уровням, ожидаемым от естественного климатического явления, называемого Североатлантическим колебанием, сказал Ван.
Результат отличается от ранее опубликованных компьютерных моделей, которые предсказывали значительное увеличение антропогенного загрязнения азотом в Северной Атлантике.
Работа может указывать на то, что меры США по борьбе с загрязнением успешно ограничивают количество антропогенных выбросов азота, попадающих в океан.
«Наше открытие имеет важные последствия для будущего воздействия азота человека на северную часть Атлантического океана», - сказал Ван. «Во многом благодаря достижениям в области технологий загрязнения выбросы азота человеком в США остались стабильными или даже снизились в последние десятилетия», - сказал он. «Если выбросы сохранятся на этом уровне, наши результаты показывают, что открытая Северная Атлантика будет минимально затронута азотным загрязнением в ближайшие десятилетия."
Азот в его биологически доступной форме и в избытке может вызвать чрезмерный рост растений и водорослей и нанести серьезный вред экосистеме, включая морские «мертвые зоны», которые образуются, когда микроорганизмы потребляют весь кислород в воде, не оставляя ничего для рыбы. Производство удобрений и сжигание ископаемого топлива значительно увеличили производство биологически доступного или «фиксированного» азота с начала 20-го века.
При выбросе в атмосферу фиксированный азот может влиять на океан вдали от суши. Однако воздействие на океан трудно изучить из-за проблем, связанных с проведением долгосрочных наблюдений в открытом океане.
Кораллы могут помочь. Каменистые или «склерактиниевые» кораллы - это долгоживущие организмы, которые по мере роста строят скелет из карбоната кальция. Кораллы поглощают азот из окружающей воды и откладывают небольшую его часть в своих скелетах. Скелеты обеспечивают естественную запись выбросов азота.
Чтобы отличить искусственный или антропогенный азот от естественного, исследователи воспользовались тем фактом, что азот имеет два веса. Более тяжелая версия, известная как 15N, содержит на один нейтрон больше, чем более легкая 14N. Антропогенный азот имеет более низкое соотношение 15N к 14N, чем азот в океане.
«Я давно мечтал использовать азот в коралловых скелетах для реконструкции прошлых изменений окружающей среды; благодаря Тони мы теперь делаем это», - сказал Дэниел Сигман, профессор геологических и геофизических наук в Принстоне..
Во время учебы в Принстоне Ван разработал чувствительный и точный метод измерения отношения 15N к 14N с помощью масс-спектрометра, который похож на весы для взвешивания молекул.
Чтобы собрать образцы кораллов в северной части Атлантического океана, Ван и Энн Коэн, научный сотрудник в области геологии и геофизики Океанографического института Вудс-Хоул, в 2014 году возглавили группу на Бермудских островах. Исследователи извлекли ядро длиной 23 дюйма из живого мозгового коралла (Diploria labyrinthiformis) примерно в 10 футах от поверхности на Хог-Рифе, примерно в шести милях от главного острова. Исследователи подтвердили, что сток азота с Бермудских островов не был фактором, измерив уровень азота в плавающем поблизости планктоне.
Помимо Вана, Коэна и Сигмана, в исследовании приняли участие аспирант Принстона по геонаукам Виктория Луу, Хаоцзя Рен из Национального Тайваньского университета, Чжан Су из Калифорнийского технологического института и Джеральд Хауг из Института химии Макса Планка.
Исследование «Естественное воздействие азотного цикла в Северной Атлантике в антропоцене», проведенное Синчен Тони Ван, Энн Коэн, Викторией Луу, Хаоцзя Рен, Чжан Су, Джеральдом Хаугом и Дэниелом Сигманом, было опубликовано в Интернете на неделе. от 1 октября 2018 г. в Proceedings of the National Academy of Sciences.