Сучасний Тихий океан містить найбільші зони з дефіцитом кисню (ODZs), де концентрації кисню настільки низькі, що нітрати використовуються для дихання органічних речовин. Вчені шукали в минулому історичні підказки, намагаючись передбачити масштаб і розташування майбутніх мертвих зон.
Міжнародна група вчених повідомила в новому дослідженні, що найбільша сьогодні мертва зона відкритого океану виникла 8 мільйонів років тому через збільшення вмісту поживних речовин в океані.
Бостонський коледж Доцент кафедри наук про Землю та навколишнє середовище Сінчен «Тоні» Ван, провідний автор звіту, сказав: «Хоча джерела збагачення поживними речовинами сьогодні можуть бути іншими, механіка, яка створила те, що вчені називають «зонами з дефіцитом кисню», залишається незмінною. Краще розуміння мертвих зон океану з минулого може допомогти майбутнім зусиллям зі збереження океану».
«Щоб краще захистити морські екосистеми та керувати рибним промислом, дуже важливо передбачити, як «мертва зона» океану розвиватиметься в майбутньому».
Прибережна мертва зона океану в основному спричинена надлишком поживних речовин, які люди використовують на суші, наприклад добрив. Щороку, Річка МіссісіпіЛюдські добрива створюють мертву зону розміром із штат Нью-Джерсі північній частині Мексиканської затоки.
Ван сказав, «Ці зони також зустрічаються в природі у відкритому океані, причому найбільша знаходиться у східній частині Тихий океан. Залишається незрозумілим, як ці мертві зони будуть змінюватися з нагріванням планети. Тому ми вивчили історію мертвої зони східної частини Тихого океану, щоб краще передбачити її поведінку в майбутньому».
У цьому дослідженні вчені мали намір визначити еволюцію мертвих зон відкритого океану до того, як діяльність людини почала впливати на океан. Вони також вирішили перевірити, чи завжди існують ці мертві зони. Якщо так, то чому?
Для цього вони вивчили хімічний склад океанських відкладень поблизу найбільшої сьогоднішньої мертвої зони океану. Вони отримали зразки осадових відкладень віком 12 мільйонів років і проаналізували азот, що міститься в мікрофосилах, відомих як форамініфери.
Вчені шукали в мертвих зонах докази денітрифікації, яка може відбуватися, коли рівень кисню настільки низький, що мікроорганізмам доводиться використовувати нітрати як основне джерело енергії. Під час денітрифікації мікроби воліють поїдати більш легкий ізотоп азоту-14, який має два стабільних ізотопи: азот-14 і азот-15.
Розширені зони дефіциту кисню також призводять до розширення зон денітрифікації. Згідно зі звітом, це може підвищити співвідношення азоту-15 до азоту-14 залишкового нітрату, який потім реєструється в океанічних організмах, таких як форамініфери, шляхом кругообігу азоту в морських екосистемах.
Ван сказав, «Аналізуючи співвідношення азоту-15 до азоту-14 форамініфер в океанських відкладеннях, ми можемо реконструювати історію масштабів зон дефіциту кисню».
Вчені також проаналізували вміст фосфору та заліза в тих же відкладеннях. Їх аналіз виявив давній вміст поживних речовин у глибинах Тихого океану.
Вудворд В. Фішер, співавтор дослідження та професор Каліфорнійського технологічного інституту, сказав: «Вміст поживних речовин у глибинах океану важко реконструювати, і наш запис є першим у своєму роді за останні 12 мільйонів років; його тенденції мають важливі наслідки для глобальний цикл вуглецю та зміни клімату».
Ван сказав, «Осадові записи показали команді, що найбільші мертві зони відкритого океану поступово розширювалися протягом останніх 8 мільйонів років».
«Крім того, розширення цих мертвих зон було в основному викликано збагаченням поживними речовинами. Цей механізм схожий на утворення мертвих зон у сучасності прибережні води, за винятком того, що люди відповідальні за поточне збагачення поживними речовинами».
Ван сказав, «Ці відкриття можуть допомогти краще передбачити майбутню поведінку мертвих зон відкритого океану. Наприклад, людська діяльність додає все більше і більше азоту в океан. Вони можуть підтвердити потребу у вдосконаленні моделей клімату та океану, щоб краще оцінити вплив антропогенного азоту на процеси деоксигенації у відкритому океані».
Фішер сказав, «Збільшення кількості поживних речовин, починаючи з 8 мільйонів років тому, ймовірно, було спричинене посиленням вивітрювання та ерозією суші, що збільшило б надходження фосфору в океан».
Ван сказав, «Крім того, наземні екосистеми зазнали серйозних змін між 8 і 6 мільйонами років тому. Багато лісів були замінені менш густими луками, відомим як розширення екосистем C4. З більшою кількістю пасовищ, ерозія грунту могло збільшитися протягом цього періоду, і це спровокувало б більший перенесення органічних поживних речовин в океан».
«Ймовірним наступним кроком у цьому дослідженні буде визначення того, як потік азоту в океан від діяльності людини може вплинути на цикл поживних речовин в океані».
«Ключові питання лежать у наших прибережних зонах, де в океан надходить найбільше антропогенного азоту. Якщо більша частина антропогенного азоту буде видалена в прибережних регіонах — по суті, шляхом денітрифікації, що відбувається в осадових відкладеннях, — то це може зменшити вплив на весь океан. Наша дослідницька група в Британській Колумбії зараз проводить певну роботу в північній частині Мексиканської затоки, щоб краще зрозуміти долю антропогенного азоту в океані».
Довідка з журналу:
- Xingchen Tony Wang, Oceanic nutrient rise and the late miocene inception of Pacific oxygen-deficient zones Праці Національної академії наук (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2204986119
