Исследователи из Стэнфордского университета говорят, что они обнаружили водную магистраль, по которой питательные вещества из недр Земли попадают в поверхностные воды у берегов Антарктиды и стимулируют взрывной рост микроскопических океанских водорослей.
Их исследование, опубликованное 5 июня в журнале Nature Communications, предполагает, что гидротермальные жерла - отверстия в морском дне, из которых выбрасываются обжигающе горячие потоки богатой минералами жидкости - могут влиять на жизнь у поверхности океана и глобальный углеродный цикл. чем считалось ранее.
Матье Ардина, ученый с докторской степенью и ведущий автор исследования, сказал, что исследование предоставляет первое наблюдаемое свидетельство того, что железо из глубин Южного океана превращает обычно анемичные поверхностные воды в горячие точки для фитопланктона - крошечных водорослей, которые питают морскую пищу. паутиной, вытягивают удерживающий тепло углекислый газ из воздуха и производят огромное количество кислорода, которым мы дышим. «Наше исследование показывает, что железо из гидротермальных жерл может подниматься вверх, преодолевать сотни миль открытого океана и позволять фитопланктону процветать в самых неожиданных местах», - сказал он.
Кевин Арриго, профессор науки о Земле и старший автор статьи, назвал результаты «важными, потому что они показывают, насколько тесно могут быть связаны глубинный и поверхностный океаны».
Загадочные цветы
Фитопланктон нуждается в железе, чтобы процветать, и это ограничивает его изобилие на обширных участках океана, где концентрация питательных веществ низка. Но при подходящих условиях фитопланктон также может бурно разрастаться, расцветая на тысячи квадратных миль за считанные дни.
Это то, что Ардина недавно заметил, просматривая данные, записанные в 2014 и 2015 годах флотом плавучих роботов, оснащенных оптическими датчиками в Южном океане. Более чем в 1300 милях от побережья Антарктиды и в 1400 милях от африканского континента в районе, известном острой нехваткой железа и низкой концентрацией хлорофилла, индикатора популяций фитопланктона, появились два неожиданно больших цветка.
Массовое цветение в этом регионе возможно только при наличии притока железа. Ардина и Арриго быстро исключили самые распространенные источники океана, включая континентальные шельфы, таяние морского льда и атмосферную пыль, которые были слишком далеко, чтобы иметь большое влияние.
Это заставило их заподозрить, что питательные вещества должны подниматься снизу, возможно, из цепочки гидротермальных жерл, которые усеивают срединно-океанический хребет в 750 милях от того места, где по необъяснимым причинам появились массивные цветы. Чтобы проверить свою гипотезу, они наняли международную команду сотрудников, специализирующихся на различных аспектах океанографии и моделирования.
«Уже давно известно, что гидротермальные источники создают уникальные и глубокие оазисы жизни», - сказала Ардина. До недавнего времени ученые считали, что эти питательные эффекты остаются довольно локальными. Но растущее количество данных компьютерного моделирования динамики океана намекает на то, что железо и другие поддерживающие жизнь элементы, извергаемые из гидротермальных жерл, на самом деле могут способствовать цветению планктона на гораздо более обширных территориях.
Однако прямые измерения отсутствуют.
В Южном океане это отчасти связано с удаленным расположением, экстремально холодным и бурным морем, что затрудняет изучение вблизи или сбор точных данных. «Ваши датчики должны быть в нужном месте в нужное время, чтобы увидеть эти цветы», - сказала Ардина. «Спутники могут недооценивать интенсивность или вообще пропускать ее из-за плохого покрытия или сильного перемешивания водной толщи, которое толкает фитопланктон слишком глубоко, чтобы спутники могли его увидеть."
Подсказки из космоса, летающие роботы
Чтобы отследить поток частиц из жерл на срединно-океаническом хребте, ученые проанализировали данные со спутников, измеряющих хлорофилл, и с автономных буев с датчиками, известных как поплавки Арго. По мере того как они ныряют и дрейфуют вдоль океанских течений, некоторые из этих буев обнаруживают хлорофилл и другие признаки биомассы фитопланктона. «Поплавки дают нам ценные и уникальные данные, охватывающие большую часть водной толщи на глубине до 1000 метров в течение всего годового цикла», - сказала Ардина.
Ученые не могли напрямую измерить содержание железа в воде, а вместо этого проанализировали измерения гелия, собранные во время научных экспедиций в 1990-х годах. Присутствие гелия свидетельствует о том, что воды находятся под влиянием гидротермальных жерл, которые направляют большое количество первичного гелия из-под земной коры.
Данные по хлорофиллу, фитопланктону и гелию предполагают, что мощное течение, вращающееся вокруг Антарктиды, захватывает питательные вещества, поднимающиеся из жерл. Два бурных, быстро движущихся рукава течения затем переносят питательные вещества на восток в течение месяца или двух, прежде чем подать их как банкет недокормленному фитопланктону. Вместе с приходом весеннего солнечного света, необходимого фитопланктону для фотосинтеза, доставка вызывает массовое цветение, которое, вероятно, может поглощать и хранить значительное количество углерода из атмосферы, сказал Арриго, который также является профессором наук о Земле Дональда и Дональда М. Стил..
Со временем цветы дрейфуют на восток, к течению, мчащемуся вокруг Антарктиды, и исчезают, когда их пожирают морские существа. «Мы подозреваем, что эти горячие точки либо потребляются, либо экспортируются в глубокие воды», - сказала Ардина.
Каждое цветение длится немногим более месяца, но механизмы, вызывающие их, скорее всего, более распространены в мировом океане, чем предполагали ученые ранее.
«Гидротермальные источники разбросаны по всему океанскому дну», - сказала Ардина. Знание путей, по которым питательные вещества попадают в поверхностные воды, поможет исследователям сделать более точные расчеты потока углерода в Мировом океане. «Многое еще предстоит сделать, чтобы выявить другие потенциальные горячие точки и количественно оценить, как этот механизм изменяет углеродный цикл».