Радиоактивный углерод, выброшенный в атмосферу в результате испытаний ядерной бомбы в 20м веке, достиг самых глубоких частей океана, показывают новые исследования.
Новое исследование в журнале Geophysical Research Letters, издаваемом AGU, обнаружило первые доказательства наличия радиоактивного углерода в результате испытаний ядерной бомбы в мышечных тканях ракообразных, населяющих впадины земного океана, в том числе Марианскую впадину, где находится самое глубокое место в океане.
Организмы на поверхности океана включили этот «бомбовый углерод» в молекулы, составляющие их тела, с конца 1950-х годов. Новое исследование показало, что ракообразные в глубоких океанских желобах питаются органическими веществами этих организмов, когда они падают на дно океана. По словам авторов исследования, результаты показывают, что человеческое загрязнение может быстро попасть в пищевую сеть и проникнуть в глубины океана.
«Хотя океанической циркуляции требуются сотни лет, чтобы доставить воду, содержащую бомбу [углерод], в самую глубокую впадину, пищевая цепь достигает этого намного быстрее», - сказал Нин Ван, геохимик из Китайской академии наук в Гуанчжоу., Китай, и ведущий автор нового исследования.
"Существует очень сильное взаимодействие между поверхностью и дном с точки зрения биологических систем, и деятельность человека может повлиять на биосистемы даже на глубине до 11 000 метров, поэтому нам нужно быть осторожными в своем будущем поведении, ", - сказал Вейдун Сунь, геохимик Китайской академии наук в Циндао, Китай, и соавтор нового исследования. «Это не ожидается, но понятно, потому что контролируется пищевой цепочкой."
Результаты также помогают ученым лучше понять, как существа приспособились к жизни в бедной питательными веществами среде глубокого океана, по словам авторов. Ракообразные, которых они изучали, живут неожиданно долго благодаря чрезвычайно медленному метаболизму, что, как подозревают авторы, может быть адаптацией к жизни в этой бедной и суровой среде.
Создание радиоактивных частиц
Углерод-14 - это радиоактивный углерод, который образуется естественным путем при взаимодействии космических лучей с азотом в атмосфере. Углерод-14 гораздо менее распространен, чем нерадиоактивный углерод, но ученые могут обнаружить его почти во всех живых организмах и использовать его для определения возраста археологических и геологических образцов.
Испытания термоядерного оружия, проведенные в 1950-х и 1960-х годах, удвоили количество углерода-14 в атмосфере, когда нейтроны, выпущенные бомбами, реагировали с азотом в воздухе. Уровни этого «бомбового углерода» достигли пика в середине 1960-х годов, а затем упали, когда прекратились ядерные испытания в атмосфере. К 1990-м годам уровень углерода-14 в атмосфере упал примерно на 20 процентов по сравнению с уровнем до испытаний.
Эта углеродная бомба быстро выпала из атмосферы и смешалась с поверхностью океана. Морские организмы, которые жили десятилетиями, начиная с этого времени, использовали углерод бомбы для создания молекул внутри своих клеток, и ученые наблюдали повышенный уровень углерода-14 в морских организмах вскоре после начала испытаний бомбы.
Жизнь на дне моря
Самыми глубокими частями океана являются впадины хадалов, те районы, где дно океана находится на глубине более 6 километров (4 миль) от поверхности. Эти области образуются, когда одна тектоническая плита погружается под другую. Существа, населяющие эти траншеи, должны были приспособиться к сильному давлению, экстремальному холоду, недостатку света и питательных веществ.
В новом исследовании исследователи хотели использовать углерод бомбы в качестве индикатора органического материала в траншеях хадала, чтобы лучше понять живущие там организмы. Ван и ее коллеги проанализировали амфипод, собранных в 2017 году в желобах Мариана, Муссо и Новой Британии в тропической западной части Тихого океана на глубине 11 километров (7 миль) под поверхностью. Амфиподы - это тип мелких ракообразных, которые живут в океане и получают пищу, поедая мертвые организмы или поедая морской детрит.
Удивительно, но исследователи обнаружили, что уровень углерода-14 в мышечных тканях амфипод намного выше, чем уровень углерода-14 в органическом веществе, обнаруженном в глубоководных водах океана. Затем они проанализировали содержимое кишечника амфипод и обнаружили, что эти уровни соответствуют предполагаемым уровням углерода-14 из образцов органического материала, взятых с поверхности Тихого океана. Это говорит о том, что амфиподы избирательно питаются детритом с поверхности океана, который падает на дно океана.
Адаптация к глубоководным условиям океана
Новые результаты позволяют исследователям лучше понять продолжительность жизни организмов, населяющих траншеи хадалов, и то, как они адаптировались к этой уникальной среде.
Интересно, что исследователи обнаружили, что амфиподы, живущие в этих траншеях, вырастают больше и живут дольше, чем их собратья на мелководье. Амфиподы, живущие на мелководье, обычно живут менее двух лет и вырастают в среднем до 20 миллиметров (0,8 дюйма). Но исследователи обнаружили в глубоких траншеях амфипод, которым было более 10 лет и которые выросли до 91 миллиметра (3,6 дюйма) в длину.
Авторы исследования подозревают, что большие размеры и долгая жизнь амфиподов, вероятно, являются побочным продуктом их эволюции в условиях низких температур, высокого давления и ограниченных запасов пищи. Они подозревают, что у животных медленный метаболизм и низкая скорость обновления клеток, что позволяет им сохранять энергию в течение длительного периода времени. Долгий срок службы также предполагает, что загрязняющие вещества могут накапливаться в этих необычных организмах.
«Помимо того факта, что материал в основном поступает с поверхности, биоаккумуляция, связанная с возрастом, также увеличивает концентрацию этих загрязнителей, создавая большую угрозу для этих самых отдаленных экосистем», - сказал Ван..
Новое исследование показывает, что глубоководные впадины океана не изолированы от деятельности человека, сказала в электронном письме Роуз Кори, адъюнкт-профессор наук о земле и окружающей среде в Мичиганском университете, которая не участвовала в новом исследовании. Исследование показывает, что, используя «бомбовый» углерод, ученые могут обнаружить следы человеческой деятельности в самых отдаленных и глубоких глубинах океана, добавила она..
Авторы также используют углерод «бомбы», чтобы показать, что основным источником пищи для этих организмов является углерод, образующийся на поверхности океана, а не более локальные источники углерода, отложенные из близлежащих отложений, сказал Кори. Новое исследование также предполагает, что амфиподы в глубоких траншеях адаптировались к суровым условиям в глубоких траншеях, добавила она.
"Что действительно ново здесь, так это не только то, что углерод с поверхности океана может достигать его глубин за относительно короткое время, но и то, что "молодой" углерод, образующийся на поверхности океана, питает или поддерживает жизнь в самые глубокие траншеи, - сказал Кори.