Теперь ученые из Массачусетского технологического института, Колумбийского университета и Университета штата Флорида определили, что после того, как железо откладывается в океане, оно имеет очень короткое время пребывания, проводя всего шесть месяцев в поверхностных водах, прежде чем погрузиться в глубокий океан. Этот высокий оборот железа свидетельствует о том, что большие сезонные изменения в пыли пустыни могут иметь драматические последствия для поверхностного фитопланктона, который зависит от железа.
«Если произойдут изменения размеров пустынь в Азии или изменения в том, как люди используют землю, то может быть более крупный источник пыли в океане», — говорит Крис Хейс, постдок из отдела атмосферы Массачусетского технологического института. и планетарные науки (EAPS). «Трудно предсказать, как изменится вся экосистема, но поскольку время пребывания [железа] очень короткое, ежегодные изменения пыли определенно повлияют на фитопланктон».Результаты команды опубликованы в журнале Geochemica et Cosmochimica Acta.
Соавторы: Эд Бойл, профессор геохимии океана Массачусетского технологического института; Дэвид МакГи, доцент Керр-МакГи по развитию карьеры в EAPS; и бывший постдок Джессика Фицсиммонс.Прах к прахуНекоторым видам фитопланктона, таким как цианобактерии, требуется железо в качестве основного питательного вещества для поддержания азотфиксации и других процессов, связанных с ростом.
По оценкам Хейса, до 40 процентов океана содержат виды фитопланктона, рост которых ограничен количеством доступного железа.
Поскольку пустынная пыль является одним из единственных источников океанического железа, Хейс хотел посмотреть, в какой степени изменение уровня пыли повлияет на концентрацию железа в морской воде: остается ли железо в поверхностных водах на длительные периоды времени, тем самым делая фитопланктон менее чувствительным. изменениям поступающей пыли? Или минерал ненадолго появляется перед тем, как погрузиться на недоступные глубины, из-за чего фитопланктон гораздо больше зависит от сезонной пыли?
Чтобы получить ответы, Хейс и его коллеги отправились на Гавайи, чтобы собрать образцы океана на станции под названием ALOHA, где проводится долгосрочная океанографическая программа, проводимая Гавайским университетом. В сентябре 2013 года команда отправилась в круиз на полдня в открытый океан, а затем провела две недели, собирая образцы океанской воды на разной глубине.
Исследователи подкислили образцы и перевезли их обратно в лабораторию Массачусетского технологического института, где они проанализировали воду на железо и торий — химический элемент, который содержится в пыли наряду с железом. Поскольку трудно определить скорость, с которой железо опускается с поверхности океана в глубокие воды, Хейс предположил, что торий может быть разумным заместителем.
Торий имеет ряд изотопов: торий-232 обычно содержится в пыли, а торий-230 образуется при распаде урана, который распадается на торий с той же скоростью по всему океану. Сравнивая количество тория-230, обнаруженного в образцах океана, с количеством, образовавшимся при распаде урана, Хейс смог рассчитать скорость удаления тория или время, необходимое химическому веществу для того, чтобы тонуть после его осаждения на поверхности океана.По его мнению, эта скорость удаления эквивалентна скорости поступления пыли или скорости, с которой пыль поступает в район океана.
Поскольку состав средней частицы пыли пустыни известен, Хейс затем экстраполировал входную скорость, чтобы оценить время пребывания железа в поверхностных водах.Маленький кусочек большого вопроса
Команда обнаружила, что в среднем железо имеет тенденцию оставаться в пределах 150 метров от поверхности океана — слоя, в котором находится фитопланктон ¬ — в течение примерно шести месяцев, прежде чем накапливаться на более крупных частицах и опускаться в глубины океана. Это время пребывания оставляет фитопланктону относительно короткий период для поглощения железа, что делает организмы весьма чувствительными к любым изменениям в поступающей пыли пустыни.«Пыль может сильно меняться от сезона к сезону — на порядок, — говорит Хейс. «На спутниковых снимках вы можете увидеть большие пульсации пыли, исходящие из этих пустынь.
Это может измениться с изменением климата и различными режимами осадков. Поэтому мы пытаемся отслеживать: если это действительно изменится, окажет ли это влияние?»
Поскольку фитопланктон играет естественную роль в удалении углекислого газа из атмосферы, более точные оценки времени пребывания железа и поступления пустынной пыли в океан могут помочь ученым оценить роль фитопланктона в борьбе с изменением климата.«Это очень небольшая часть, которую мы рассматриваем в большей степени количественно», — говорит Хейс. «Это одна деталь, которая дополняет попытку сделать прогноз: если будет больше пыли, будет ли океан поглощать больше углерода? Это общий вопрос, на который мы не можем полностью ответить, но у нас есть еще один вопрос. чтобы ответить на этот вопрос ".