Исследователи выдвинули гипотезу о том, что железо спровоцировало всплеск жизни в океане, но новое исследование, проведенное учеными и коллегами из Океанографического института Вудс-Холла (WHOI) из Бристольского университета (Великобритания), Бергенского университета (Норвегия), колледжа Уильямс и Ламонта, Обсерватория Догерти при Колумбийском университете предполагает, что железо, возможно, не играло важной роли, по крайней мере, в некоторых условиях. Исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, определяет, что другой механизм — временный «идеальный шторм» питательных веществ и света — стимулировал жизнь в Тихом океане после ледникового периода. Его результаты разрешают противоречивые идеи о взаимосвязи между железом и биологической продуктивностью в этот период времени в северной части Тихого океана — с потенциальными последствиями для геоинженерных усилий по сдерживанию изменения климата, засевая океан железом.
«Многие люди очень поверили в железо — и, фактически, как современный химик, занимающийся океаном, я построил свою карьеру на важности железа — но, возможно, это не всегда было так важно, как мы. думаю », — говорит научный сотрудник WHOI Фиби Лам, соавтор исследования.Поскольку известно, что железо вызывает расцвет биологической активности в сегодняшней северной части Тихого океана, исследователи предположили, что оно играло ключевую роль и в прошлом. Они выдвинули гипотезу, что когда ледники ледникового периода начали таять, а уровень моря поднялся, они затопили окружающий континентальный шельф, смыв железо с поднимающимся морем и вызвав взрыв жизни.Предыдущие исследования с использованием кернов отложений — длинных цилиндров, просверленных на дне океана, которые позволяют ученым оглянуться назад во времени на то, что там накопилось, — неоднократно обнаруживали доказательства этого взрыва в виде слоя повышенного содержания опала и карбоната кальция. материалы, из которых состоят раковины фитопланктона и фораминифер.
Но никто не исследовал летопись окаменелостей специально на предмет признаков того, что железо с континентального шельфа сыграло роль в цветении.Лам и международная группа коллег пересмотрели данные по керну отложений, чтобы напрямую проверить эту гипотезу. Они брали пробы GGC-37, керна, взятого на участке недалеко от российского полуострова Камчатка, примерно через каждые 5 сантиметров, перемещаясь во времени до того, как началось биологическое цветение. Затем они проанализировали химический состав своих образцов, измерив относительное содержание изотопов элементов неодима и стронция в образце, которое указывает, какой вариант железа присутствовал.
Соотношения изотопов были особенно важным ключом к разгадке, потому что они могли показать, откуда взялось железо — один вариант указывал на железо с древнего Лессового плато на севере Китая, частого источника богатой железом пыли в северо-западной части Тихого океана, а другой предположили, что источником железа был более молодой, более вулканический континентальный шельф.То, что обнаружили исследователи, их удивило.«Мы видели, что поток железа был действительно высоким во время ледникового периода и что он уменьшился во время дегляциации», — говорит Лам. «Мы не видели никаких доказательств железного пульса прямо перед этим пиком производительности».Железо, которое исследователи обнаружили во время ледниковых периодов, похоже, было дополнено третьим источником, возможно, в районе Берингова моря, но это не оказало значительного влияния на пик продуктивности.
Вместо этого данные предполагают, что уровень железа снижался, когда начался пик.Основываясь на данных об отложениях, исследователи предлагают другую причину пика: цепь событий, которые создали идеальные условия для кратковременного процветания морской жизни. Изменение климата вызвало глубокое перемешивание в северной части Тихого океана, которое подняло питательные вещества, от которых зависит крошечный планктон, в поверхностные слои моря, но при этом также смешало планктон с глубокими темными водами, где света для фотосинтеза было слишком мало для им процветать.
Затем поток пресной воды из тающих ледников, о чем свидетельствует изменение количества определенного изотопа кислорода в раковинах фораминифер, обнаруженных в ядре, остановил перемешивание, заманив фитопланктон и других мелких существ в тонкий, яркий, питательный элемент. -богатый верхний слой океана. Благодаря большему воздействию света и питательных веществ, а также при относительно высоком уровне железа, существа процветали.
«Мы думаем, что именно это и стало причиной пика производительности — все это произошло одновременно», — говорит Лам. «И это было временным явлением, потому что железо продолжало падать, и в конечном итоге питательные вещества закончились».Результаты исследования опровергают, что это древнее цветение было вызвано железом, но они также ставят под сомнение очень современную идею.
Некоторые ученые предложили засеять мировые океаны железом, чтобы вызвать цветение фитопланктона, которое может улавливать часть углекислого газа в атмосфере и помочь остановить изменение климата. Эта идея, иногда называемая «железной гипотезой», вызвала серьезные споры, но научные доказательства ее потенциальной эффективности для связывания углерода и ее влияния на жизнь в океане неоднозначны.«Это исследование показывает, что существует множество средств контроля цветения океанического фитопланктона, а не только железа», — говорит Кен Бусселер, морской химик WHOI, который в 2007 году провел семинар, посвященный современному удобрению железом. «Конечно, прежде чем мы подумаем о добавлении железа в океан для секвестрации углерода в качестве инструмента геоинженерии, мы должны поощрять подобные исследования природных систем, в которых условия добавления или отсутствия железа в более длительных и больших временных масштабах уже были выполнены для нас. и мы можем изучить последствия ».