Как пустынная пыль подкармливает Мировой океан
 Приспособление из цилиндрических бутылок для взятия проб на палубе исследовательского судна Roger Rovelle. Фото Ден Парк, Институт океанографии им. Скриппса (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Ученые изучают изменения климата по образцам пыли и металлических микроэлементов в морской воде
В середине февраля в разгаре южного лета солнце в Антарктиде никогда не садится. И не прекращается научная работа профессора океанографии Гавайского университета Криса Межарса, который вместе со своими коллегами беспрерывно исследует частички пыли на палубе судна Roger Rovelle Института океанографии им. Скриппса. Прикрепив к мачте корабля множество трубчатых фильтров, ученые отлавливали витающие в воздухе микрочастицы. Погружая свое хитроумное приспособление из цилиндрических бутылок в верхние слои океана, они брали пробы морской воды на каждом градусе долготы и затем анализировали растворившуюся в воде пыль на наличие микроэлементов железа и алюминия. Программа под названием "Повторная гидрография" проходила в рамках проекта CLIVAR "Изменчивость и предсказуемость климата", а также "Исследования углерода". Экспедиции по изучению роли океана в изменениях климата финансируются Национальным научным фондом (NSF) и Национальным океанографическим центром данных по океану и атмосфере (NOAA).Начиная с 90-х годов в ходе экспедиций CLIVAR ученые проводят мониторинг показательных зон океана каждые десять лет, уделяя особое внимание кругообороту углерода. Крис Межарс, сотрудничая с Вильямом Лэндингом из Университета штата Флорида, также возглавляет дополнительную программу по изучению металлических микроэлементов на суднах CLIVAR. С 2003 года при поддержке NSF ученые осуществили 6 экспедиций в Атлантический, Тихий, Южный и Индийский океаны, пытаясь понять взаимосвязь пыли и углерода. В отличие от наземных растений, морская флора может надолго изымать углекислый газ из атмосферной циркуляции. Некоторые водоросли, умирая, опускаются на дно океана, а содержащийся в них углерод может оставаться на глубине тысячелетиями. В океанском углеродном цикле пыль служит источником железа для морских растений. Для химиков-океанографов Криса Межарса и Вильяма Лэндинга, в первую очередь, интересно, как вещества попадают в океан и осуществляют там свой цикл развития. В частности, объектом особого внимания ученых стало железо - питательный микроэлемент, необходимый для роста растений. Точно так же как пищевые добавки поставляют витамины в человеческий организм, так и пыль континентальных пустынь выступает источником подкормки для океанской растительности. Фитопланктон поглощает железо в растворенном виде вместе с углекислым газом, синтезируя солнечный свет и набирая биомассу.
Измеряя объемы пыльных отложений, исследователи ищут микрочастицы железа и алюминия в водомерных колонках. Водоросли не используют алюминий напрямую, но он существует пропорционально металлу в пустынной пыли. По наличию алюминия в океане можно судить о происхождении металла после того, как водоросли давно поглотили его. Все свои усилия ученые направляют на то, чтобы собрать пробы воды для корабельной лаборатории. За пределами Антарктиды ученые обнаружили очень мало железа или алюминия. Даже по сравнению со стандартами металлических микроэлементов, где концентрации измеряются нанограммами (биллионными грамма) на литр, были найдены лишь незначительные количества металла. Долгое время считалось, что скудные запасы микроэлемента в Южном океане ограничивает растительную продуктивность. В этом регионе присутствует удивительный избыток обычных питательных веществ, которые в большинстве океанов полностью поглощаются водорослями. Однако команду Криса Межарса не столько волнует уровень содержания железа в пыли, сколько информация, заложенная там. Поскольку во внутренней части Антарктиды дожди идут очень редко, эту территорию можно назвать одной из самых больших пустыней мира. Большая часть материковых пород там залегает подо льдом и не может превращаться в пыль. Железо, содержащееся в этих водах, приходит из двух дополнительных источников. На мелководье оно поступает из подводных плато и континентальных шельфов. По всему океану поставщиками железа могут выступать разложившиеся мертвые организмы. Благодаря пониманию того, откуда берется железо в океане и какие процессы в этом участвуют ученые смогут создавать точные модели предсказуемости климата.
На фоне дефицита железа в Южном океане некоторые океанографы предложили создать четвертый, искусственный источник металла. На сентябрьской конференции Вудсхолского института океанографии было отмечено, что океанское "железо-оплодотворение" может стать потенциальным средством сокращения углерода в атмосфере. Теория проста: добавление железа в океан с железо-обедненной растительностью для увеличения роста морских водорослей. Изобилие водорослей начнет поглощать больше углекислого газа и затем транспортировать его к глубоким водам вместе с мертвыми останками, изымая из атмосферной циркуляции. Несмотря на то, что в течение последнего ледникового периода повышение океанской продуктивности совпадало с основными показателями уменьшения концентрации СО2 в атмосфере, эксперименты с железоподкормкой на сегодняшний день вызывают, скорее, опасения. Действительно, океанское оплодотворение простимулировало активный рост водорослей, но также и повлияло на другие процессы "биологического насоса". В обогащенных железом условиях фитопланктон использует меньше кремнезема; имея незначительную биомассу он тонет не сразу, тем самым подрывая эффективность углеродного насоса. Некоторые члены команды CLIVAR работали над экспериментами по океанскому оплодотворению, однако ученых больше волновал вопрос окружающей среды.
Межарс и Лэндинг вместе со своими коллегами намерены создать беспрецедентную карту, отражающую распределение химических веществ в океане. Многие недели команда упорно работала в море. Каждый день исследователи то подымали, то опускали воздушные фильтры и доставали бутылки с морской водой через длинную пластмассовую трубу. Работа продолжалась и днем, и ночью. Согревая свои промерзшие пальцы о чашки с "эспрессо", ученые, не отрываясь от исследований, погружались в ночные сумерки темно-голубого неба. Им часто попадались микроскопические количества щелочноземельных металлов. Эти невидимые микрочастицы содержат в себе ключ к разгадке того, как деятельность человека может изменить лицо планеты.
Источники: