Было широко распространено мнение, что на этом история остановилась. Считалось, что такие металлы, как железо и марганец, быстро реагируют и образуют частицы, которые либо слипаются, либо прилипают к другим предметам, заставляя их опускаться на морское дно рядом с источником. Но новое исследование доказывает, что металлы остаются растворенными и следуют за глубоководными течениями, обеспечивая основной источник железа для мирового океана.
Результаты опубликованы на обложке журнала Nature.
«Это доказывает, что гидротермальная активность в срединно-океанических хребтах влияет на химический состав важных микроэлементов в глобальном океане», — сказал ведущий автор Джозеф Ресинг, старший научный сотрудник Объединенного института изучения атмосферы и океана Вашингтонского университета. с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований. "В более длительных временных масштабах это также влияет на продуктивность Мирового океана."
Металлы, особенно железо, имеют решающее значение для роста фитопланктона в океанах. Во многих частях океана железо контролирует рост морской флоры и фауны, хотя оно присутствует только в концентрациях частей на триллион.
Большая часть железа в океане поступает из пыли, сносимой с пустынь, или из рек, впадающих в море.
Но недавние исследования, некоторые из которых были проведены соавтором Кристофером Германом из Океанографического института Вудс-Хоул, намекнули, что железо может также ускользать из гребня вулканического хребта, используя какой-то химический трюк для дальнего плавания.
Новое исследование, часть U.S. Программа GEOTRACES Национального научного фонда определяет местонахождение «дымящегося пистолета» — шлейфа гидротермальных металлов, тянущегося на запад медленным глубоководным течением, которое на протяжении десятилетий переносит эти металлы в отдаленные части океана.
57-дневный круиз осенью 2013 года на борту исследовательского судна UW Thomas G. Томпсон, проследил воду, выходящую из Восточно-Тихоокеанского поднятия, цепи подводных вулканов к западу от Эквадора, одного из самых вулканически активных мест на Земле.
Океанологи прошли по тропе более 4000 километров (2500 миль) на запад через южную часть Тихого океана до Таити, используя чрезвычайно чувствительные инструменты для измерения металлов от поверхности океана до морского дна.
В то время как алюминий в конечном итоге иссяк, на каждой станции к западу от гребня хребта были обнаружены следы гидротермального марганца и, что удивительно, железа примерно на 2.5 километров (1.5 миль) глубина.
«Каждый день, когда мы были там, мы были удивлены, увидев, что шлейф растворенного железа все еще присутствует», — сказал Ресинг. "Мы никогда раньше не регистрировали растворенное железо, переносимое океанскими течениями так далеко."
Находка особенно важна для Южного океана, вокруг Антарктиды, где, как известно, массовое цветение фитопланктона ограничено запасами железа и где ветры с меньшей вероятностью разносят богатую железом пыль.
Соавтор Алессандро Тальябу из Ливерпульского университета, Англия, поместил результаты в модель океана и обнаружил, что рост фитопланктона в Южном океане поддерживается железом из глубоководных жерл. Таким образом, железо из вентиляционных систем помогает поддерживать основную экосистему, которая потребляет углекислый газ из атмосферы. Большая часть этого углерода экспортируется с поверхности океана в глубокие моря, а в Южном океане от 15 до 30 процентов этого экспорта углерода поддерживается гидротермальным железом.
«Чтобы правильно смоделировать поглощение углекислого газа Южным океаном и понять, как это поглощение влияет на климат, вы должны учитывать это железо», — сказал Ресинг.
В ходе текущих исследований, проводимых другими сотрудниками, будут проанализированы дополнительные пробы воды, собранные во время того же круиза, чтобы выяснить, что позволяет транспортировать железо на данный момент. Две ведущие теории состоят в том, что он прикрепляется к крупным органическим молекулам, подобно тому, как железо связывается с гемоглобином в нашем кровотоке, или что оно разделяется на крошечные наночастицы, которые могут оставаться во взвешенном состоянии в воде в течение десятилетий.