Ученые разгадали 14 000-летнюю тайну океана

На протяжении краткого импульса биологической продуктивности 14 000 лет назад этот участок моря кишел фитопланктоном, амебовидными фораминиферами и другими мелкими существами, которые процветали в больших количествах, пока такое плодородие не закончилось - так же таинственно, как и началась – всего несколько сотен лет спустя.

Ученые предполагали, что этот всплеск жизни в океане вызвало железо, но новое исследование выяснило, что железо, возможно, в конце концов не сыграло важной роли. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience, определено, что другой механизм - переходный "идеальный шторм" питательных веществ и света - стимулировал жизнь в Тихоокеанском регионе пост-ледникового периода. Эти выводы разрешают конфликт идей о связи между железом и биологической продуктивностью в этот период времени в северной части Тихого океана - с потенциальными последствиями для инженерно-геологических усилий по сдерживанию изменений климата путем засева океана железом, сообщает sciencedaily.com.

Поскольку железо, как известно, вызывает расцвет биологической активности в нынешней северной части Тихого океана, исследователи предположили, что это сыграло ключевую роль также и в прошлом. Они высказали гипотезу, что когда ледники ледникового периода начали таять и уровень моря поднялся, они погрузились под окружающий континентальный шельф, вымывая железо в поднимающееся море и вызывая взрыв жизни.

Проведенные исследования с использованием осадочных кернов - длинных цилиндров, высверленных в дне океана, которые обеспечивают ученым взгляд назад во времени на скопившиеся отложения - не раз находили доказательства этого всплеска в виде увеличенных слоев опала и карбоната кальция: материалов, составляющих раковины фитопланктона и фораминифер. Но никто не изучал «записи» окаменелостей специально насчет признаков того, что железо из континентального шельфа сыграло свою роль в жизненном расцвете.

Международная команда пересмотрела данные осадочного керна для непосредственной проверки этой гипотезы. Они взяли образцы с пробы GGC-37, добытой вблизи российской Камчатки, примерно через каждые 5 сантиметров, двигаясь назад во времени до периода, предшествующему началу биологического взрыва.

Затем они проанализировали химический состав этих образцов, измеряя относительное содержание изотопов элементов неодима и стронция, указывающее на то, какой вариант железа присутствовал. Соотношения изотопов были особенно важным ключом, поскольку помогали выявить, откуда взялось железо - один вариант указывал на железо из древних лессовых плато северного Китая, частого источника богатой железом пыли в северо-западной части Тихого океана, в то время как другой предполагал, что источником железа был более молодой и более вулканический континентальный шельф.

То, что исследователи обнаружили, удивило их. Они увидели, что поток железа действительно был высок в ледниковые времена, и что он снизился во время таяния ледников. Но не выявилось никаких доказательств возрастания содержания железа перед этой пиковой жизненной активностью.

Железо, которое исследователи обнаружили в ледниковые времена, оказалось происходящим из дополнительного третьего источника, возможно, в районе Берингова моря, но это не оказало существенного влияния на пиковую производительность. Вместо этого данные показывают, что уровень железа снижались, когда этот пик начался.

На основе записей в осадках исследователи предлагают различные причины для пика: цепь событий, создавших идеальные условия для краткого расцвета морской жизни. Изменение климата вызвало глубокое перемешивание в северной части Тихого океана, поднявшее питательные вещества, от которых зависит крошечный планктон, в поверхностные слои моря, но при этом также отправив планктон в глубокие, темные воды, где света для фотосинтеза было слишком мало для их процветания. Затем прилив пресной воды от таяния ледников – о чем свидетельствует изменение количества определенного изотопа кислорода в раковинах фораминифер - остановил смешивание, пропустив фитопланктон и других мелких животных в тонкие, светлые, богатые питанием верхние слои океана. При большом количестве света и питательных веществ и еще относительно высоком уровнем железа, существа процветали.

Ученые считают, что в конечном итоге именно это и вызвало пик жизненной активности: то, что все это происходило сразу. И это были преходящие условия, поскольку уровень железа продолжил снижаться и питательные вещества в конце концов закончились.

Результаты исследования опровергают, что железо вызвало этот древний расцвет, но они также поднимают вопросы об одной современной идее. Некоторые ученые предложили засевать мировой океан железом, чтобы вызвать цветение фитопланктона, который мог бы улавливать часть углекислого газа из атмосферы, помогая уравновесить изменения климата. Эта идея, иногда называемая «Железной гипотезой», встретилась с острой полемикой, но научные доказательства ее потенциальной эффективности в части улавливания углерода и влияния на жизнь океана были неоднозначными.

Исследование показывает, что есть несколько элементов управления цветением океанического фитопланктона, помимо железа. Разумеется, прежде раздумий о добавлении железа в океан для поглощения углерода в качестве геоинженерного инструмента, следует поощрять исследования, подобные этому: ведь в природных системах условия добавления железа или другие уже были для нас осуществлены на больших временных масштабах и мы можем изучать последствия.