В принципе, на Земле нет недостатка в железе, так как этот металл является одним из самых распространенных элементов в земной коре. Однако в океане растворенное железо встречается очень редко, так как оно быстро реагирует с кислородом, образуя минералы железа, которые плохо растворимы и поэтому недоступны для организмов. Тем не менее, растворенное железо является важным питательным веществом для жизни. Без железа не было бы роста планктона, пищевой цепи, фотосинтеза и фиксации углерода в океанах. Таким образом, источники этих питательных микроэлементов являются центральным вопросом морских исследований. Теоретически в областях с низким содержанием кислорода должно присутствовать много растворенного железа, потому что там отсутствует кислород-партнер реакции. Однако измерения показывают, что это не так даже в больших и по существу бескислородных зонах тропического океана с минимумом кислорода.
Международная исследовательская группа под руководством ученых Центра исследований океана Гельмгольца GEOMAR в Киле провела комплексное междисциплинарное исследование в рамках Совместного исследовательского проекта (SFB) 754 «Взаимодействия климата и биогеохимии в тропическом океане» и обнаружила процесс, который объясняет удаление железа в бескислородных условиях. «Результаты также могут помочь понять фундаментальные процессы в круговороте азота и углерода», - объясняет доктор Флориан Шольц из GEOMAR. Он является первым автором исследования, которое недавно было опубликовано в международном журнале Earth and Planetary Science Letters.
Загадка об относительном «дефиците железа» в тропических зонах минимума кислорода была еще более серьезной, поскольку предыдущие исследования показали, что в этих регионах огромное количество железа выбрасывается в океан из бескислородных отложений морского дна. «Однако лишь небольшая часть этого железа достигает поверхностных слоев и открытого океана, где биологическая продуктивность ограничена железом», - объясняет Флориан Шольц. Таким образом, возник вопрос: какой процесс удаляет железо из морской воды?
Для решения этого вопроса команда взяла пробы с морского дна, из пограничного слоя между морским дном и морской водой, а также из разных слоев воды в зоне тропического минимума кислорода во время экспедиции M92 с немецким исследовательское судно METEOR в январе 2013 года. Затем эти образцы были тщательно исследованы на химические, физические и биологические параметры.
«Среди других задач микробиологи провели генетический анализ микроорганизмов, живущих в воде, чтобы оценить, какие метаболические процессы являются преобладающими», - объясняет Шольц. Кроме того, команда изучила образцы частиц из водной толщи источника синхротронного излучения в Технологическом институте Карлсруэ (KIT). С помощью этого анализа они смогли определить, какие минералы железа встречаются в разных слоях воды.
Эти анализы показали, что железо реагирует с нитратом вместо кислорода. Это связано с некоторыми микроорганизмами, которые также ответственны за разложение биодоступного азота. «До сих пор эти процессы не были обнаружены в зонах минимума кислорода, - объясняет Флориан Шольц, - но они важны для понимания всей системы. Только когда мы знаем, когда и где определенные питательные вещества доступны для роста планктона, мы также можем оценить, насколько много углерода планктон может связать в процессе фотосинтеза и удалить из атмосферы».
В качестве главы новой исследовательской группы Эмми Нётер, финансируемой Немецким научным фондом, д-р Флориан Шольц в ближайшие годы продолжит изучение потоков железа и других микроэлементов на морском дне.«В настоящее время мы продолжаем развивать существующие автономные глубоководные лаборатории, чтобы они также могли обнаруживать очень небольшие концентрации определенных микроэлементов, таких как железо. Тем не менее, мы не полностью понимаем обстоятельства, при которых донные отложения представляют собой источник или стоком для этих эссенциальных элементов», - подчеркивает биогеохимик.