Обширные субтропические «круговороты» - большие системы вращающихся течений посреди океанов - покрывают 40 процентов поверхности Земли и долгое время считались биологическими пустынями со стратифицированными водами, которые содержат очень мало питательных веществ для поддержания жизни.
Эти регионы также считаются удивительно стабильными, однако ученые задокументировали одну аномалию в экосистеме субтропического круговорота северной части Тихого океана, которая годами озадачивала океанографов: химический состав региона периодически меняется, особенно уровни фосфора и железа, влияя на общий состав питательных веществ и, в конечном счете, его биологическая продуктивность.
В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи документируют то, что вызывает эти изменения: изменения в количестве железа, которое откладывается в океан вместе с пылью из Азии.
«Теперь мы знаем, что эти районы, которые считались бесплодными и стабильными, на самом деле довольно динамичны», - сказал Рикардо Летельер, биогеохимик и эколог из Орегонского государственного университета, который в сотрудничестве с Дэвидом Карлом из Гавайского университета возглавил эта учеба. «Поскольку эти области покрывают большую часть поверхности Земли, нам нужно больше знать о том, как они работают, чтобы лучше предсказывать, как система будет реагировать на изменения климата в будущем».
Исследование было сосредоточено на субтропическом круговороте в северной части Тихого океана и использовало данные наблюдений за три десятилетия со станции ALOHA в рамках программы Hawaii Ocean Time-series, которая финансируется Национальным научным фондом.
Поверхностный слой круговорота северной части Тихого океана характеризуется очень чистыми водами, практически не содержащими питательных веществ. Чрезвычайная оптическая прозрачность этих вод позволяет солнечному свету проникать глубоко в толщу воды и поддерживать фотосинтез на глубине ниже 100 метров (или 328 футов).
Обычно верхняя водная толща океана удобряется за счет смешивания богатой питательными веществами воды с глубины, но эти воды очень стратифицированы и перемешивание происходит незначительно. Более глубокие воды (от сотен до тысяч метров ниже поверхности) обогащаются питательными веществами за счет разложения остатков мелких организмов, которые росли и собирали скудные питательные вещества в поверхностных слоях, прежде чем опускаться на морское дно.
И фосфор, и железо являются ключевыми компонентами жизни, и исследователи заметили, что уровни этих питательных веществ в поверхностных водах северной части Тихого океана значительно изменились за три десятилетия исследования.
Летелье сказал, что команда смогла связать эти изменения с поступлением железа из азиатской пыли - сочетанием опустынивания этого континента с горением, особенно лесными пожарами и фабричной выработкой, а также с характером ветра в северной части Тихого океана - это объясняло дисперсию и обеспечивало различное количество питательных веществ для поддержания жизни.
И ключом к этой 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 ослабевает, ветры из Азии усиливаются, двигаются южнее и приносят больше пыли, оплодотворяя океан, окружающий станцию АЛОХА. Когда давление усиливается, происходит обратное.
Сильные ветры могут приносить значительное количество железа, позволяя организмам расти и использовать весь фосфор в верхних слоях океана. Однако, поскольку большая часть железа нерастворима, глубинные воды обогащены фосфором по сравнению с железом. Следовательно, когда ветер слабее, поступает мало железа для удобрения и удаления любого избыточного фосфора в верхних слоях, который может быть введен в результате глубоководного перемешивания..
«Иногда бывают периоды 5-6 лет обогащения фосфором, а затем бывают периоды, когда он переключается», - сказал Летелье.«С 2000 по 2007 год фосфора почти не было. Мы видели некоторые изменения в функционировании экосистемы, но мы еще не видели существенных изменений в биологическом составе. Они могут произойти, пока еще рано говорить».
По мере того, как Арктика нагревается, ученые говорят, что ожидают увидеть долгосрочные изменения в характере ветра в северной части Тихого океана. Кроме того, эволюция землепользования и загрязнение, вызванное антропогенной деятельностью в Азии, повлияет на источники и количество железа и других питательных веществ, переносимых ветром через океан.
Как эти изменения повлияют на перенос богатой железом пыли в восточную часть Тихого океана и повлияют на производительность в этом обширном океаническом регионе, остается открытым вопросом.