Как губка, океаны Земли хранят парниковый газ, углекислый газ, но некоторые прибрежные воды не могут выполнять этот трюк, потому что в них не хватает железа, сообщает исследователь из Делавэрского университета в выпуске журнала Nature от 11 июня..
Подобно тому, как продукты, богатые железом, помогают детям становиться сильнее, железо в океане дает импульс микроскопическим растениям, называемым фитопланктоном. Без достаточного количества железа фитопланктон не может использовать солнечную энергию для извлечения углекислого газа из воздуха, говорит Дэвид А. Хатчинс, доцент Колледжа морских исследований UD и ведущий автор статьи в журнале Nature.
В течение десятилетия ученые знали, что в трех отдаленных районах открытого океана - экваториальной части Тихого океана, субарктической части Тихого океана у берегов Аляски и в Южном океане вокруг Антарктиды - недостаточно железа для поддержания роста фитопланктона. Недостаточное количество железа в этих районах останавливает морскую пищевую цепочку, от бактерий до китов, и поэтому эти воды не могут хранить всю свою долю атмосферного углекислого газа. Однако исследователи долгое время считали, что прибрежные воды содержат большое количество железа, обеспечиваемого близлежащей континентальной пылью и отложениями. Следовательно, исследователи предположили, что прибрежные районы поддерживают здоровые пищевые цепи и действуют как эффективные углеродные «губки».
На самом деле, Хатчинс и его соавтор Кеннет В. Бруланд из Калифорнийского университета в Санта-Круз обнаружили, что нехватка железа ограничивает рост фитопланктона в водах вдоль одной из самых известных береговых линий страны: недалеко от живописные скалы Биг-Сур в Национальном морском заповеднике Монтерей-Бей. Эти воды центральной Калифорнии богаты растительными «удобрениями», такими как нитраты, силикаты и фосфаты, но они не содержат достаточного количества железа, чтобы помочь фитопланктону использовать питательные вещества посредством фотосинтеза, говорит Хатчинс.
«Роль океанов в глобальном изменении климата до сих пор остается спорной и до конца не изученной, но биологическое поглощение углекислого газа прибрежными водами океана является важной частью головоломки, связанной с ископаемым топливом», - говорит Хатчинс. «Модели глобального изменения климата отражают множество сложных физических явлений, в том числе количество углекислого газа, хранимого океанами. Если некоторые прибрежные воды не функционируют как эффективная углеродная губка из-за недостатка железа, исследователям, возможно, придется изменить существующие модели углеродного цикла."
Но, предупреждает Хатчинс, сброс лишнего железа в океан может значительно усугубить ситуацию, вызвав непредвиденные химические и биологические последствия. «Мы далеки от того, чтобы начать возиться с океанскими экосистемами в глобальном масштабе - это было бы действительно плохой идеей», - говорит он.«Большинство ученых согласны с тем, что лучший способ уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу - это сжигать меньше ископаемого топлива и меньше лесов».
Количество железа в воде является одним из нескольких важных факторов, определяющих скорость фотосинтеза и накопления углерода. Тем не менее, океаны хранят в 60-80 раз больше углекислого газа, чем его количество в атмосфере, что позволяет фитопланктону использовать этот парниковый газ для фотосинтеза. И когда эти морские организмы умирают, они либо погружаются в глубокую воду, тем самым улавливая углерод на тысячи лет, либо оказываются заключенными в известняке и отложениях, которые могут содержать углерод на миллионы лет.
Таким образом, «океаны смягчают наши попытки сжечь весь углерод, который природа накопила за миллионы лет в качестве ископаемого топлива», - говорит Хатчинс. «Но недостаток железа в некоторых водах означает, что море может оказаться менее эффективным углеродным буфером, чем мы надеялись».
Влияние на пищевую цепь
Помимо воздействия на углеродный цикл, недостаток железа в прибрежных водах может повлиять на всю морскую пищевую цепочку. Он отмечает, что фитопланктон - это «трава» моря, и их фотосинтез поддерживает «почти всех остальных существ океанов, прямо или косвенно». Меньшее количество фитопланктона из-за нехватки железа означает, что «меньше энергии передается существам более высокого уровня», таким как коммерчески важные рыбы или морские млекопитающие, говорит он..
«Главные хищники, такие как киты и люди на коммерческих рыболовных судах, - обычное явление в богатых железом водах вдоль Калифорнии, таких как залив Монтерей», - говорит Хатчинс. «Тем не менее, вы видите очень мало в бедных железом водах возле Биг-Сура. Это потому, что популяции фитопланктона, лишенные железа, не могут эффективно фотосинтезировать, и это ставит под угрозу всю пищевую цепочку, которая зависит от них. пища и энергия, доступные для поддержки более крупных хищников, включая людей."
Исследование также показывает, что количество железа в океанской воде определяет количество и соотношение других питательных веществ, используемых при выращивании фитопланктона. В частности, говорит Хатчинс, фитопланктон, собранный на нескольких бедных железом участках вдоль побережья Калифорнии, истощил практически весь силикат из воды, прежде чем использовать нитраты. Силикат используется доминирующей группой фитопланктона, называемой диатомовыми водорослями, для изготовления оболочки из диоксида кремния - того же соединения, которое содержится в оконном стекле и драгоценном камне - опале. Когда диатомовые водоросли не могут найти достаточное количество железа, они потребляют больше силикатов и образуют больше опала: в два-три раза больше по сравнению с диатомовыми водорослями, получающими достаточное количество железа.
Когда диатомовые водоросли умирают и тонут, объясняет Хатчинс, опал собирается на морском дне, где ученые использовали его для изучения роста древнего фитопланктона и изменений климата. Исследователи полагают, например, что фитопланктон получает дополнительное количество железа во время ледниковых периодов. Когда ледяные шапки покрывают большие площади континентов, пустыни также расширяются, позволяя сильным ветрам разносить богатую железом пыль по всей планете. Он отмечает, что оценки продуктивности океана во время ледниковых периодов и межледниковых периодов, таких как нынешняя эпоха, могут нуждаться в переоценке, потому что некоторые модели частично основаны на образцах опала, извлеченных из глубоководных отложений. «Мы должны быть осторожны при использовании опала в качестве индикатора роста фитопланктона и климатических изменений, - говорит он, - потому что железо явно играет важную роль в этом сложном процессе».
Это исследование получило поддержку Исследовательского фонда Университета Делавэра и Национального научного фонда.
РЕДАКТОРЫ: Искусство доступно на