Ученые обнаружили удивительные доказательства быстрого изменения климата в Арктике: в середине Северного Ледовитого океана недалеко от Северного полюса они обнаружили, что уровень радия-228 почти удвоился за последнее десятилетие.
Находка указывает на то, что крупномасштабные изменения происходят вдоль побережья - потому что источником радия является суша и мелководные континентальные шельфы, окружающие океан. Эти прибрежные изменения, в свою очередь, также могут привести к поступлению большего количества питательных веществ, углерода и других химических веществ в Северный Ледовитый океан и привести к серьезным последствиям для арктических пищевых сетей и популяций животных.
Исследовательская группа, возглавляемая Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI), подозревает, что таяние морского льда оставило больше открытой воды у побережья, где ветры создают волны. Действие волн достигает мелководных шельфов и взбалтывает отложения, высвобождая радий, который выносится на поверхность и уходит в открытый океан. Тот же механизм, скорее всего, мобилизовал бы и доставил бы больше питательных веществ, углерода и других химических веществ в Северный Ледовитый океан, подпитывая рост планктона в нижней части пищевой цепи. Это, в свою очередь, может иметь серьезные последствия для рыб и морских млекопитающих и изменить арктическую экосистему.
Исследование было опубликовано 3 января 2018 года в журнале Science Advances. В исследовательскую группу входили Лорен Кипп, Мэтью Шаретт и Пол Хендерсон (WHOI), Уиллард Мур (Университет Южной Каролины) и Игнатиус Ригор (Вашингтонский университет).
Ученые уже давно используют радий-228 для отслеживания потока материала с суши и отложений в океан. Это природный изотоп, образующийся при радиоактивном распаде тория в отложениях. Но, в отличие от тория, он растворяется в воде, где ученые могут отслеживать источники, количество, скорость и направление его потока, сказал Кипп, ведущий автор исследования и аспирант совместной программы MIT-WHOI по океанографии.
Кипп возглавил работу по измерению радия в 69 точках от западной окраины Северного Ледовитого океана до полюса во время двухмесячного плавания на борту ледокола Healy летом 2015 года. Круиз был частью международной программы GEOTRACES., целью которого является измерение химических индикаторов в мировом океане, чтобы понять циркуляцию океана и обеспечить основу для оценки будущих химических изменений в океанах. Программа US GEOTRACES и данное исследование финансируются Национальным научным фондом.
К своему удивлению, исследовательская группа обнаружила, что концентрация радия-228 в центральной части Северного Ледовитого океана значительно увеличилась с момента последних измерений в 2007 году. Каков был его источник и почему он увеличился?
Команда исследовала траектории морского льда, дрейфующего в океане, и увидела рисунок льда, а следовательно, и воды, текущей на север от обширного северного побережья России к середине Северного Ледовитого океана, где концентрация радия была вырос. Узор совпадает с Трансполярным дрейфом, мощным течением, текущим в том же направлении, что и перенос радия из прибрежных источников.
Они пришли к выводу, что избыток радия должен был поступать из отложений Восточно-Сибирского арктического шельфа у побережья России, самого большого континентального шельфа на Земле. Он относительно мелкий, со средней глубиной 170 футов, но простирается на 930 миль от берега и содержит обширный резервуар радия и других химических соединений.
Что-то должно было измениться на побережье, чтобы объяснить резкое увеличение содержания радия в центре Северного Ледовитого океана. Ученые предполагают, что потепление арктической среды привело к сокращению морского ледяного покрова, что привело к большему действию волн, которые взмучивают отложения и мобилизуют больше радия.
Но есть и другие возможные факторы, вызывающие изменения на шельфе, говорят ученые. Большее воздействие волн также может вызвать большую эрозию береговой линии, добавляя больше наземных отложений в океан. Повышение температуры может привести к таянию вечной мерзлоты, высвобождая больше материала в океан, а увеличение стока рек и подземных вод может принести в Арктику больше радия, питательных веществ, углерода и других материалов.
«Поэтому постоянный мониторинг шельфа в поверхностные воды Арктики жизненно важен для понимания того, как изменение климата повлияет на химические, биологические и экономические ресурсы Северного Ледовитого океана», - пишут авторы исследования.
Охват данных по Восточно-Сибирскому шельфу в настоящее время очень ограничен, поэтому важно провести дополнительные исследования в этом регионе, чтобы точно определить прямые причины увеличения поступления на шельф и обеспечить будущий мониторинг. «Доказательства, полученные Киппом и его коллегами в отношении существенных продолжающихся изменений в химической среде Северного Ледовитого океана, подчеркивают необходимость постоянного изучения этих изменений и связанных с ними процессов», - сказал Боб Андерсон, профессор исследований Юинга-Ламонта в Ламонт-Ламонт. Обсерватория Земли Доэрти Колумбийского университета и директор У. Офис программы S. GEOTRACES. «Было бы здорово, если бы соответствующие усилия морских геохимиков в России могли быть объединены с будущими исследованиями других стран, например, под эгидой международной программы GEOTRACES».