В современном Тихом океане расположены крупнейшие зоны дефицита кислорода (ОДЗ), где концентрация кислорода настолько низка, что нитраты используются для дыхания органических веществ. Ученые обратились к прошлому в поисках исторических подсказок, пытаясь предсказать масштаб и расположение будущих мертвых зон.
Международная группа ученых сообщила в новом исследовании, что самая большая на сегодняшний день мертвая зона открытого океана возникла 8 миллионов лет назад из-за увеличения содержания в океане питательных веществ.
Бостонский колледж Доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Синчен «Тони» Ван, ведущий автор отчета, сказал: «Хотя источники обогащения питательными веществами сегодня могут быть разными, механика, которая создала то, что ученые называют «зонами дефицита кислорода», остается той же самой. Лучшее понимание мертвых зон океана в прошлом может помочь будущим усилиям по сохранению океана».
«Чтобы лучше защищать морские экосистемы и управлять рыболовством, крайне важно предсказать, как «мертвая зона» океана будет развиваться в будущем».
Мертвая зона прибрежного океана в первую очередь вызвана избытком питательных веществ, которые люди используют на суше, например, удобрений. Ежегодно Река МиссисипиЧеловеческие удобрения создают мертвую зону размером со штат Нью-Джерси в север Мексиканского залива.
Ван сказал: «Эти зоны также встречаются естественным образом в открытом океане, причем самые большие из них находятся в восточной части океана. Тихий океан. Остается неясным, как изменятся эти мертвые зоны по мере потепления планеты. Итак, мы изучили историю мертвой зоны в восточной части Тихого океана, чтобы лучше предсказать ее будущее поведение».
В этом исследовании ученые задались целью определить эволюцию мертвых зон открытого океана до того, как человеческая деятельность начала влиять на него. океан. Они также решили проверить, всегда ли существуют эти мертвые зоны. Если да, то почему?
Для этого они исследовали химический состав океанских отложений вблизи крупнейшей на сегодняшний день мертвой зоны океана. Они получили образцы отложений возрастом 12 миллионов лет и проанализировали азот, содержащийся в микроокаменелостях, известных как фораминиферы.
Ученые исследовали мертвые зоны в поисках доказательств денитрификации, которая может произойти, когда уровень кислорода настолько низок, что микроорганизмам приходится использовать нитраты в качестве основного источника энергии. Микробы во время денитрификации предпочитают питаться более легким изотопом азота-14, который имеет два стабильных изотопа: азот-14 и азот-15.
Расширение кислорододефицитных зон приводит также к расширению зон денитрификации. Согласно отчету, это может повысить соотношение азота-15 и азота-14 в оставшихся нитратах, которые затем регистрируются в океанских организмах, таких как фораминиферы, путем круговорота азота в морских экосистемах.
Ван сказал: «Анализируя соотношение азота-15 и азота-14 фораминифер в океанических отложениях, мы можем восстановить историю масштабов зон с дефицитом кислорода».
Ученые также проанализировали содержание фосфора и железа в тех же отложениях. Их анализ выявил древнее содержание питательных веществ в глубинах Тихого океана.
Вудворд Фишер, соавтор исследования и профессор Калифорнийского технологического института, сказал: «Содержание питательных веществ в глубоком океане трудно восстановить, и наши данные являются первыми в своем роде за последние 12 миллионов лет; его тенденции имеют важные последствия для глобальный углеродный цикл и изменение климата".
Ван сказал: «Осадочные записи показали команде, что крупнейшие мертвые зоны открытого океана постепенно расширялись за последние 8 миллионов лет».
«Кроме того, расширение этих мертвых зон было вызвано главным образом обогащением питательных веществ. Этот механизм аналогичен образованию мертвых зон в современном мире. прибрежные воды, за исключением того, что за нынешнее обогащение питательными веществами ответственны люди».
Ван сказал: «Эти результаты могут помочь лучше предсказать будущее поведение мертвых зон открытого океана. Например, деятельность человека приводит к увеличению количества азота в океане. Они могут поддержать необходимость улучшения моделей климата и океана, чтобы лучше оценить влияние антропогенного азота на процессы дезоксигенации в открытом океане».
Фишер сказал: «Увеличение количества питательных веществ, произошедшее 8 миллионов лет назад, вероятно, было вызвано усилением выветривания и эрозии суши, что привело бы к увеличению поступления фосфора в океан».
Ван — сказал, «Кроме того, наземные экосистемы претерпели серьезные изменения между 8 и 6 миллионами лет назад. Многие леса были заменены менее густыми лугами, что известно как расширение экосистем C4. С большим количеством лугов, эрозия почвы могло бы увеличиться в этот период, и это вызвало бы больший перенос органических питательных веществ в океан».
«Вероятно, следующим шагом в этом исследовании будет определение того, как поток азота в океан в результате деятельности человека может повлиять на круговорот питательных веществ в океане».
«Ключевые вопросы лежат в наших прибрежных зонах, откуда в океан поступает больше всего антропогенного азота. Если большая часть антропогенного азота будет удалена в прибрежных регионах (по сути, за счет денитрификации, происходящей в отложениях), то это может уменьшить воздействие на весь океан. Наша исследовательская группа в Британской Колумбии в настоящее время проводит работу в северной части Мексиканского залива, чтобы лучше понять судьбу антропогенного азота в океане».
Справочник журнала:
- Синчен Тони Ван, Повышение уровня питательных веществ в океане и появление в позднем миоцене зон с дефицитом кислорода в Тихом океане, Труды Национальной академии наук (2022). ДОИ: 10.1073 / pnas.2204986119
