Выключатель может ограничить распространение и продолжительность существования кислородных минимумов в океане

Новое исследование, изучавшее влияние железа, высвобождаемого из осадков континентальных окраин, задокументировало естественный ограничивающий механизм. Он может предотвратить развитие в этих океанических системах неконтролируемой обратной связи, ведущей к неограниченному расширению гипоксических зон или устойчивых «мертвых зон».

Результаты особенно важны, поскольку по мере потепления климата в ближайшие десятилетия ожидается расширение зон кислородного минимума (OMZ), что может повлиять на прибрежное рыболовство и глобальный углеродный цикл. Однако исследование, проведенное учеными из Университета штата Орегон, предполагает, что расширение этих зон может иметь естественный предел.

Железо является ключевым катализатором биологической продуктивности в океанах. В высококислородной среде растворенное железо осаждается, превращаясь в оксидные минералы. Органические остатки, опускаясь на дно и разлагаясь, потребляют кислород. При снижении кислорода и образовании гипоксической зоны оксиды железа растворяются, и железо снова становится доступным для удобрения роста фитопланктона, что усиливает продуктивность и, как следствие, потребление кислорода — возникает петля положительной обратной связи.

«Мы обнаружили, что когда кислород приближается к нулю, образуется новая группа минералов — сульфиды железа», — пояснил ведущий автор исследования Флориан Шольц. «Это ключ к ограничивающему механизму, потому что железо, связанное в сульфидах, больше не растворяется и не доступно планктону. Неконтролируемая гипоксия останавливается».

Исследователи проанализировали керн морских отложений из зоны апвеллинга у побережья Перу, где наблюдается один из самых низких уровней кислорода на Земле. Изучая концентрации железа, урана и молибдена в отложениях возрастом до 140 000 лет, они определили, что дефицит железа в осадках указывает на его высвобождение в прошлые периоды деоксигенации океана. Напротив, высокое содержание железа означает, что оно было связано и недоступно.

«Флориан показал, что есть два состояния, в которых железо связано и недоступно, — отметил соавтор Алан Микс. — При обилии кислорода железо хранится в оксидных минералах. А если есть железо и молибден, то железо хранится в сульфидных минералах, что означает отсутствие доступного кислорода».

Открытие «окна» для высвобождения железа в перуанской системе может быть ключом к пониманию биологической продуктивности в этом бедном железом регионе. Эти базовые химические реакции известны, но их документация в реальных условиях в крупном масштабе и связь с изменением климата особенно значимы на фоне прогнозов роста гипоксии.