Естественное обогащение питательными веществами 8 миллионов лет назад создало крупнейшую сегодня океанскую «мертвую зону»
Кислорододефицитные океанские «мертвые зоны», где не могут выжить рыбы и животные, расширяются в открытом океане и прибрежных водах в течение нескольких десятилетий из-за человеческой сельскохозяйственной и промышленной деятельности. Международная группа ученых сообщает в Proceedings of the National Academy of Sciences, что крупнейшая сегодня мертвая зона открытого океана в восточной части Тихого океана возникла 8 миллионов лет назад в результате увеличения содержания питательных веществ в океане.
Хотя источники обогащения питательными веществами сегодня могут быть другими, механизмы, создающие то, что ученые называют «кислорододефицитными зонами», остаются прежними. Лучшее понимание океанских мертвых зон прошлого может помочь будущим усилиям по сохранению океана.
Исследователи из университетов США, Канады, Тайваня, Германии и Австралии изучили химический состав океанских осадков у нынешней крупнейшей мертвой зоны. Они проанализировали образцы отложений возрастом до 12 миллионов лет и содержание азота в микроскопических ископаемых — фораминиферах. Команда искала признаки денитрификации, которая происходит при очень низком содержании кислорода, когда микробы используют нитрат. При этом они предпочитают более легкий изотоп азот-14, что повышает соотношение азота-15 к азоту-14 в оставшемся нитрате, которое фиксируется в организмах.
«Анализируя соотношение азота-15 к азоту-14 в фораминиферах, мы можем восстановить историю масштабов кислорододефицитных зон», — пояснил ведущий автор работы, доцент Бостонского колледжа Синчен (Тони) Ван. Анализ содержания фосфора и железа в тех же отложениях позволил реконструировать содержание древних питательных веществ.
«Содержание питательных веществ в глубоком океане трудно реконструировать, и наша запись является первой в своем роде за последние 12 миллионов лет; ее тенденции имеют важные последствия для глобального углеродного цикла и изменения климата», — отметил соавтор Вудворд В. Фишер из Калифорнийского технологического института.
Записи показали, что крупнейшие мертвые зоны открытого океана постепенно расширялись в течение последних 8 миллионов лет. «Это расширение было в основном вызвано обогащением питательными веществами, — сказал Ван. — Этот механизм аналогичен формированию мертвых зон в современных прибрежных водах, за исключением того, что за нынешнее обогащение ответственен человек».
Увеличение питательных веществ с 8 миллионов лет назад, вероятно, было вызвано усилением выветривания и эрозии на суше, что увеличило поступление фосфора в океан. Кроме того, переход от лесов к лугам (расширение экосистем C4) между 8 и 6 миллионами лет назад мог усилить эрозию почвы и перенос органических питательных веществ в океан.
Эти данные помогут улучшить климатические и океанические модели для оценки воздействия антропогенного азота на процессы деоксигенации в открытом океане. Следующим шагом будет определение того, как поток азота от человеческой деятельности влияет на цикл питательных веществ в океане, особенно в прибрежных зонах, куда поступает большая часть антропогенного азота.