Может показаться, что Южный океан находится слишком далеко от привычных нам морей, но его воды тесно связаны со всеми крупными океаническими бассейнами Земли. Под воздействием сильных ветров и течений глубокие водные массы здесь поднимаются к поверхности. Зимнее перемешивание помогает формировать уникальные слои воды, которые затем уходят обратно на глубину. Начинается долгое путешествие на север, к экватору и дальше.
В пути эти массы переносят и перерабатывают ключевые элементы питания, определяя развитие фитопланктона по всему миру. Ученые из Лаборатории океанологии Бигелоу решили детальнее изучить этот процесс. В центре их внимания оказались две главные водные массы: субантарктическая модовая вода (SAMW) и антарктическая промежуточная вода (AAIW). Результаты научной работы опубликованы в Journal of Geophysical Research: Oceans.
Как работает океанический хронометр
Обобщая данные по всему миру, ведущий автор исследования Барни Балч и его коллеги пришли к выводу, что регенерация питательных веществ в этих потоках поддерживает примерно три четверти первичного производства на Земле к северу от тридцатой параллели южного полушария. Чтобы проследить изменения воды в пути, специалисты отправились в экспедицию на научно-исследовательском судне R/V Roger Revelle от Гавайских островов до шестидесятой параллели юга.
Главной сложностью было понять, как именно вода меняется с течением времени. Команда решила эту задачу с помощью хлорфторуглеродов (ХФУ). Эти инертные соединения попали в атмосферу из-за человеческой деятельности, в частности из-за массового распространения холодильного оборудования и кондиционеров в середине прошлого столетия. Поскольку производство и применение хладагентов постоянно менялось, менялись и концентрации соединений в воздухе. Когда вода формируется на поверхности океана, она захватывает атмосферную метку своего времени. Это позволяет ученым точно оценивать возраст водных масс. Соединение химических измерений с таким временным методом открывает новые возможности для анализа скоростей природных процессов.
Разные пути питания для разных водорослей
Хотя оба исследуемых потока зарождаются в Южном океане, физические и химические свойства у них различаются. По мере продвижения органические остатки распадаются. Этот процесс называется реминерализацией. Он возвращает в воду простые неорганические формы веществ — нитраты, фосфаты и силикаты, которые служат главными удобрениями для морской флоры. Скорость этого распада определяет, сколько именно питательных элементов накопится к моменту, когда вода вернется к поверхности. Ученые зафиксировали четкие различия между двумя потоками.
В субантарктической модовой массе воды нитраты и фосфаты восстанавливались быстрее. Азот в виде нитратов часто становится главным ограничителем для роста фитопланктона. Напротив, соединения кремния быстрее возвращались в антарктической промежуточной воде. Кремний жизненно важен для диатомовых водорослей, которые строят из него свои прочные стекловидные панцири. Подобные различия напрямую влияют на живые организмы. Ускоренная регенерация азота и фосфора поддерживает виды, которым кремний не нужен вовсе, вроде кокколитофорид и динофлагеллят. Авторы работы, включая Дэвида Драпо, Санни Пинкам и Брюса Боулера, а также их коллег из Woods Hole Oceanographic Institution, Arizona State University, Bermuda Institute of Ocean Sciences, Texas A&M University и University of Miami, также зафиксировали заметные изменения температуры и уровня соли, которые напрямую зависят от возраста воды. Эти закономерности отражают прежние климатические условия Южного океана в моменты зарождения течений, сохраняя историческую запись сдвигов океанических свойств за последние несколько десятилетий.
