Середина океанов Земли заполнена обширными системами вращающихся течений, известных как субтропические круговороты. Эти регионы занимают 40% поверхности Земли и долгое время считались удивительно стабильными биологическими пустынями с небольшими изменениями в химическом составе или питательных веществах, необходимых для поддержания жизни..
Однако в экосистеме субтропического круговорота северной части Тихого океана существует странная аномалия, которая годами озадачивала ученых. В этом регионе, который занимает Тихий океан между Китаем и Соединенными Штатами, химический состав периодически меняется. Наблюдаются особенно заметные колебания уровней фосфора и железа, которые влияют на общий состав питательных веществ и, в конечном итоге, на биологическую продуктивность.
В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа исследователей раскрыла причину этих изменений в экосистеме субтропического круговорота северной части Тихого океана. В группу входят Мэтью Черч, эколог-микробиолог из Университета Монтаны на биологической станции Flathead Lake, а также Рикардо Летельер из Орегонского государственного университета и Дэвид Карл из Гавайского университета..
«Изменения в климате океана, по-видимому, регулируют снабжение железом, изменяя типы планктона, растущего в этих водах, что в конечном итоге контролирует концентрацию питательных веществ в океане», - сказал Черч. «Моя лаборатория работала над вопросами, связанными с ролью планктона в контроле наличия питательных веществ в океане, в течение многих лет, и это исследование помещает большую часть этой работы в контекст. В результате постоянных, долгосрочных наблюдений наша работа подтверждает, насколько тесно связаны биология планктона заключается в снабжении питательными веществами, в частности железом, поступающим из атмосферы."
Используя три десятилетия данных наблюдений со станции ALOHA, шестимильного района в Тихом океане к северу от Гавайев, предназначенного для океанографических исследований, команда обнаружила, что периодические изменения уровня железа являются результатом поступления железа из азиатской пыли. учет химических различий и обеспечение различных количеств питательных веществ для поддержания жизни.
Ключом к дисперсии является Тихоокеанское десятилетнее колебание, взаимосвязь между океаном и атмосферой, которая варьируется между слабыми и сильными фазами атмосферного давления в северо-восточной части Тихого океана.
В годы, когда низкое давление в северо-восточной части Тихого океана ослабевает, ветры из Азии усиливаются и движутся в более южном направлении. Это приносит больше пыли с азиатского континента, «оплодотворяя» океан, окружающий станцию ALOHA. Когда давление усиливается, происходит обратное.
Запас питательных веществ является фундаментальным регулятором продуктивности океана, а фосфор и железо являются ключевыми компонентами жизни. Как правило, верхний слой воды океана удобряется богатой питательными веществами водой, смешивающейся с глубиной. Это сложный процесс в экосистеме Северо-Тихоокеанского субтропического круговорота, потому что воды очень стратифицированы и на самом деле происходит незначительное перемешивание.
Когда сильные азиатские ветры приносят значительное количество железа, организмы могут расти и использовать фосфор в верхних слоях океана. Когда азиатские ветры ослабевают и потребление железа уменьшается, организмы вынуждены возвращаться к глубоководной системе доставки питательных веществ. Это создает периодические скачки уровня железа и фосфора в Северо-Тихоокеанском круговороте.
Черч сказал, что результаты этого исследования подчеркивают острую необходимость учитывать изменчивость как атмосферной, так и океанской циркуляции при прогнозировании того, как изменение климата может повлиять на океанские экосистемы.
"Это подтверждает необходимость задуматься о том, насколько тесно связана биология планктона с изменениями климата и, в конечном счете, с изменениями в землепользовании, которые могут напрямую повлиять на поступление пыли в море", - сказал он.
Поскольку температура Земли продолжает повышаться, исследователи ожидают увидеть долгосрочные изменения в характере ветра в северной части Тихого океана. Эволюция землепользования и загрязнения, вызванные деятельностью человека в Азии, также повлияют на источники и количество железа и других питательных веществ, переносимых ветром через океан.
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять, как эти изменения в конечном итоге повлияют на экосистемы в этом регионе океана, а также на другие экосистемы по всему миру.