Апвеллинг в восточной экваториальной части Тихого океана обеспечивает необходимые питательные вещества для микроскопических растений региона, но железа - ключевого ингредиента, способствующего потреблению азота - не хватает. Чтобы компенсировать это, фитопланктон объединяется, чтобы перерабатывать дефицитный металл и сохранять его в своей среде обитания в верхних слоях океана, как обнаружили ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне..
«На протяжении десятилетий океанографы осознавали жизненно важную, оплодотворяющую роль железа в окружающей среде океана», - сказал Патрик Рафтер из UCI, ведущий автор недавнего исследования в Nature Communications.«Водные растения не будут поглощать азот в отсутствие металла, который является ограничивающим фактором для их размножения и роста». Сегодня он представит свои выводы на собрании Американского геофизического союза океанологов в 2018 году.
Это понимание важно, по словам Рафтера, помощника научного сотрудника проекта в области науки о Земле, потому что эти организмы помогают регулировать глобальный климат, вытягивая углекислый газ из атмосферы в океан. Но для этого необходимы определенные условия.
"В этой части мира в экосистему поступает очень мало железа, что сильно отличается от того, что мы видим в Атлантике, где над ней дует огромное количество несущей металл пыли из пустыни Сахара", сказала соавтор Кэтрин Макки, доцент UCI Клэр Бут Люс по науке о системе Земли. «И в то же время у вас есть апвеллинг, вызванный циркуляцией океана и ветрами, который выносит на поверхность очень богатую азотом воду."
Наблюдаемая продуктивность тихоокеанского фитопланктона на фоне этого дисбаланса питательных веществ уже давно озадачивает океанографов.
В поисках геохимических ключей, объясняющих потребление азота и рост растений в бедных железом водах, Рафтер проанализировал керны отложений, возраст которых насчитывает миллион лет, и собрал образцы воды на борту исследовательского судна в сотнях миль к западу от Галапагосских островов.
Это помогло начинающему океанографу понять, какое количество азота поглощается фитопланктоном, составляющим основу пищевой цепи океана. «Но я дошел до того, что сказал: «Подождите минутку, железо действительно важно», - сказал он. «Как я ни пекла расчеты, я не могла объяснить расход азота на основе железа, подаваемого в систему».
Рафтер проконсультировался с Макки, который предоставил исходные данные и числовые инструменты для решения проблемы. Изучая дифференциальные уравнения в так называемой «коробочной модели», ученые пришли к выводу, что фитопланктон должен использовать какую-то стратегию, чтобы удерживать железо в верхних слоях океана.
Когда мы говорим, что железо перерабатывается в системе более эффективно, чем другие элементы, это не звучит как большое и глубокое утверждение, но для тех из нас, кто изучал эти сообщества, это на самом деле очень важно. понимание того, как работает система, как функционирует жизнь морских растений в океане», - сказал Рафтер. «Это микробное сообщество придумало способ удобрять себя железом».
В документе делается значительный акцент на биологических и химических процессах поглощения азота, железа и CO2, но исследователи также сосредоточились на основных физических принципах, связанных с изменением моделей циркуляция океана и апвеллинг с течением времени, которые имеют отношение к более широким экологическим проблемам.
"Что произойдет через десятилетие, столетие или миллион лет?" - сказал Рафтер. «Наша модель доказывает, что если вы измените скорость, с которой вода поднимается на поверхность, вы можете допустить более или менее рециркуляцию железа и самоопыление фитопланктоном. И тогда вы получаете больше потребления азота и, в конечном счете, больше этого роста растений, что может повлиять на разделение углекислого газа в океане и атмосфере, что влияет на глобальный климат».