Мелкие морские существа, такие как цианобактерии, нуждаются в большом количестве микроэлементов, таких как цинк и железо. Однако в мировом океане последних часто не хватает. Это относится к большим участкам Северной Атлантики, особенно к большому Североатлантическому круговороту между Северной Америкой, Канарскими островами, Карибским морем и Гольфстримом.
До сих пор исследователи обычно предполагали, что пыль из Сахары была единственным значительным источником железа для Североатлантического круговорота. Теперь геохимики ETH Тим Конвей и Грегори де Соуза обнаружили еще один источник: холодную, богатую железом морскую воду с континентального склона Северной Америки, которая захватывается меандрами Гольфстрима и уносится в Североатлантический круговорот. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Geoscience..
Водовороты на поверхности
Эти «водяные карманы» видны на поверхности океана в виде круглых водоворотов, самые большие из которых имеют диаметр 200 километров. Под ними находятся цилиндрические колонны высотой до 1000 метров, вращающиеся вокруг своих осей против часовой стрелки. Они существуют около двух лет, в течение которых их вращение замедляется, поскольку они смешиваются с водой Североатлантического круговорота и обогащают ее железом. Некоторые водные столбы возвращаются, чтобы быть поглощенными Гольфстримом.
«Количество железа из этого источника, вероятно, того же порядка, что и доставляемое сахарской пылью, поскольку водовороты Гольфстрима формируются постоянно, а пыльные бури обычно бывают кратковременными», - говорит де Соуза. Старший ассистент Института геохимии и петрологии ETH Zurich.
Чистое любопытство: «Спотыкаясь» о богатую железом воду
де Соуза и бывший постдоктор Конвей (ныне профессор Университета Южной Флориды) случайно обнаружили несущие железо водовороты Гольфстрима. Исключительно из любопытства два исследователя изучили некоторые недавно опубликованные данные, собранные во время исследовательского круиза от побережья Северной Америки до Бермудских островов. Эти данные включали концентрацию железа и цинка, растворенных в морской воде, от поверхности до дна океана.
В одном месте недалеко от Гольфстрима исследователи ETH заметили повышенные концентрации железа на поверхности бедного железом Североатлантического круговорота, достигающие значений, аналогичных таковым в прибрежной воде. Они поняли, что исследовательское судно совершенно случайно взяло пробу водоворота Гольфстрима, переносящего железо в бедные питательными веществами воды Северной Атлантики.
Количественные оценки затруднены
Чтобы более точно оценить и рассчитать, сколько железа доставляется таким образом, исследователи ETH связались со своим коллегой Хайме Палтером, профессором Университета Род-Айленда и специалистом по циркуляции океана. Грегори де Соуза поясняет: «Спутники, наблюдающие за высотой морской поверхности, позволяют распознавать водовороты из космоса. Поскольку вода в них плотнее, чем в окружающем океане, водовороты образуют поверхностные впадины, которые залегают на метр ниже остальных. поверхности океана."
Из своего анализа спутниковых данных Палтер определила, что в среднем от Гольфстрима ежегодно отделяется семь-восемь водоворотов. Основываясь на этом, трое исследователей смогли оценить количество железа, которое они несут, что, по их расчетам, составляет, вероятно, около 15 процентов железа, поставляемого сахарской пылью..
Однако трудно сравнивать два источника, поскольку данные недостаточны и несколько противоречивы, как говорит де Соуза: «Прежде всего неясно, сколько железа из сахарской пыли действительно растворяется в морской воде». Доля железа, доставляемого в Североатлантический круговорот водоворотами Гольфстрима, может составлять от 3 до 75 процентов от количества железа, поступающего из пыли.
Этот широкий диапазон делает невозможным более точное определение относительного вклада железа из водоворотов Гольфстрима по сравнению с вкладом из пыли Сахары. «Нам нужны данные с более высоким пространственным разрешением, если мы хотим более точно рассчитать количество железа из водоворотов, - говорит де Соуза, - и нам также нужно лучше понять, какие параметры определяют растворимость железа в пыли, доставляемой в океан». поверхность."
Металлы в следовых количествах стимулируют биологическую активность
Железо, цинк и другие микроэлементы необходимы для выживания планктона и других микроскопических обитателей открытого океана, таких как диатомовые водоросли, водоросли или бактерии. В частности, цианобактерии, которых особенно много в Североатлантическом круговороте, играют ключевую роль в глобальном круговороте углерода и азота. Они могут фотосинтезировать и фиксировать атмосферный азот, что означает, что они стимулируют продуктивность океана. Однако для эффективной фиксации азота им требуется большое количество железа.
Когда меняются модели циркуляции океана, меняется и распределение микроэлементов и питательных веществ. «Вот почему нам важно знать, откуда берутся железо, цинк и другие металлы», - говорит де Соуза. Он признает, что изменение климата может повлиять на пути основных океанских течений: «В настоящее время мы знаем недостаточно, чтобы предсказать, какое влияние это может оказать на микроэлементы и, следовательно, на продуктивность океанов».