Когда в 2018 году произошло извержение вулкана Килауэа, миллионы кубических футов расплавленной лавы попали в бедные питательными веществами воды у Большого острова Гавайи. Морская вода, подвергшаяся воздействию лавы, содержала высокие концентрации питательных веществ, которые стимулировали рост фитопланктона, в результате чего образовался обширный шлейф микробов, который можно было обнаружить со спутника.
Исследование, проведенное исследователями из Гавайского университета (UH) в Маноа и Университета Южной Калифорнии (USC) и опубликованное сегодня в журнале Science, показало, что эта биологическая реакция зависит от неожиданно высоких концентраций нитратов, несмотря на незначительное количество азота в базальтовой лаве. Исследовательская группа определила, что нитраты были вынесены на поверхность океана, когда тепло от существенного поступления лавы в океан нагревало богатые питательными веществами глубокие воды и заставляло их подниматься вверх, снабжая освещенный солнцем слой питательными веществами..
После наблюдения за цветением фитопланктона на спутниковых снимках, Центр микробной океанографии: исследования и образование (C-MORE) Университета штата Маноа организовал океанографическую экспедицию быстрого реагирования на исследовательском судне UH Ka'imikai-O-Kanaloa с 13 июля. по 17, 2018 - в гуще деятельности Килауэа. Команда провела круглосуточные операции в районе входа лавы, чтобы проверить химический состав воды и биологическую реакцию на драматическое событие.
Соавторы Сэм Уилсон из C-MORE и Ник Хоуко, исследователь из Университета Южной Калифорнии, который присоединится к Океанографическому отделу Маноа в январе 2020 года, проверили гипотезу о том, что лава и вулканическая пыль будут стимулировать микроорганизмы, ограниченные фосфат или железо, химические вещества, содержащиеся в лаве.
Как оказалось, из-за того, что в воде было так много лавы, растворенное железо и фосфат объединились в частицы, что сделало эти питательные вещества недоступными для микробов. Кроме того, глубокая нагретая морская вода стала плавучей и подняла нитраты, которые вызвали цветение других классов фитопланктона.
Возможно, что этот механизм приводил к аналогичным событиям оплодотворения океана в прошлом, связанным с образованием Гавайских островов и другими значительными извержениями вулканов, предполагают авторы. В зависимости от их местоположения, устойчивое извержение такого масштаба может также способствовать большому потоку нитратов из глубин океана и нарушить более масштабную циркуляцию океана, биологию и химию..
«Экспедиция в июле 2018 года предоставила уникальную возможность воочию увидеть, как массовый приток внешних питательных веществ изменяет морские экосистемы, которые прекрасно приспособлены к условиям с низким содержанием питательных веществ», - сказал Уилсон. «Реакция экосистемы на такое существенное добавление питательных веществ редко наблюдается или анализируется в режиме реального времени. UH имеет сильную традицию не только изучения вулканов, но и изучения их воздействия на окружающую среду, такую как океан, подземные воды, атмосфера. Это последнее исследование улучшает наше понимание взаимодействия лавы и морской воды в гораздо более широком контексте связей между сушей и океаном».
«Наука - это командный вид спорта», - сказал Дэйв Карл, старший автор и содиректор UH Manoa Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology (SCOPE). «SCOPE делает упор на сотрудничество, когда ученые с взаимодополняющими навыками собрались вместе, чтобы завершить этот уникальный междисциплинарный проект».
В будущем команда надеется взять пробы из новообразованных прудов на дне кратера Халема'ума'у и продолжить лабораторное исследование взаимодействия лавы и морской воды.