Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Санта-Крус, было опубликовано 2 июня в журнале Science Advances. Полученные данные предоставляют важную информацию для понимания причин низкого уровня кислорода или «гипоксии» в северной части Тихого океана и для прогнозирования возникновения гипоксических состояний в будущем.
«Важно понять, подталкивает ли изменение климата океаны к« переломному моменту »для резкой и тяжелой гипоксии, которая разрушит экосистемы, источники пищи и экономику», – сказала первый автор Карла Кнудсон, руководившая исследованием в качестве аспиранта. по наукам о Земле в UCSC.
Исследователи основали свои выводы на анализе глубоких отложений на участке в Беринговом море.
В течение длительных периодов времени отложения откладываются и накапливаются на морском дне. Деятельность организмов, живущих в донных отложениях, обычно нарушает и перемешивает их по мере накопления, но если гипоксия убила эти организмы, упорядоченный рисунок слоев сохраняется. Таким образом, ученые могут найти записи о прошлых гипоксических явлениях в виде этих слоистых или «слоистых» отложений в кернах, пробуренных со дна моря.
Ученым давно известен крупный эпизод широко распространенной гипоксии в северной части Тихого океана в конце последнего ледникового периода, когда таяние ледяных щитов вызвало массовый приток пресной воды в океан. Новое исследование предоставляет первые записи более ранних событий с низким содержанием кислорода и показывает, что самое последнее событие не было репрезентативным для большинства этих событий с точки зрения механизмов или времени.
«Для того, чтобы это произошло, не требуются такие огромные возмущения, как таяние ледяных щитов», – сказала автор-корреспондент Ана Кристина Равело, профессор наук об океане Калифорнийского университета в Санта-Крус. "Эти резкие гипоксические явления на самом деле обычны в геологической летописи и обычно не связаны с дегляциацией. Они почти всегда случаются в теплые межледниковые периоды, вроде того, в котором мы сейчас живем."
Гипоксия возникает после интенсивного роста фитопланктона (морских водорослей) в поверхностных водах. Когда фитопланктон умирает, он погружается глубже в океан и разлагается, что истощает кислород и выделяет углекислый газ в воду под поверхностью.
Однако что вызывает эти события, остается неясным. Потепление океана, высокий уровень моря и доступность железа (ограничивающий фактор роста фитопланктона), похоже, играют определенную роль.
«Наше исследование показывает, что высокий уровень моря, возникающий во время теплого межледникового климата, способствовал этим гипоксическим явлениям», – сказал Кнудсон. "Во время высокого уровня моря растворенное железо с затопленных континентальных шельфов может переноситься в открытый океан и способствовать интенсивному росту фитопланктона в поверхностных водах."
Хотя высокий уровень моря является важным фоновым условием, его недостаточно, чтобы вызвать гипоксическое событие само по себе. По словам Кнудсона, изменения в циркуляции океана, включая усиление апвеллинга для переноса большего количества питательных веществ в поверхностные воды и более сильные течения, которые могут переносить железо с континентального шельфа в открытый океан, могут сыграть решающую роль.
В настоящее время региональные мертвые зоны возникают в прибрежных районах по всему миру из-за температурных эффектов потепления климата, а также обогащения прибрежных вод питательными веществами от сельскохозяйственных удобрений. Но даже массивная мертвая зона в устье реки Миссисипи бледнеет по сравнению с широко распространенной гипоксией, которая произошла по всей северной части Тихого океана в конце последнего ледникового периода.
Поскольку новое исследование основано на кернах отложений из одного участка, исследователи не знают протяженность зафиксированных в нем мертвых зон – были ли они ограничены Беринговым морем или простирались через северную часть Тихого океана, как это было в самом недавнем событии.
«Мы не знаем, насколько они были обширными, но мы знаем, что они были очень интенсивными и длились дольше, чем событие дегляциации, которое было так хорошо изучено», – сказал Равело, который был одним из главных ученых Экспедиции 323 Комплексной программы морского бурения. , который вскрыл керны Берингова моря в 2009 г.
Кнудсон сказал, что керны фиксируют несколько событий в течение каждого межледникового периода на протяжении плейстоцена, с резкими переходами, когда слоистые отложения появляются и исчезают в керне.
Новые результаты вызывают опасения по поводу того, приведут ли изменение климата и потепление океана к переломному моменту, который вызовет повсеместную гипоксию в северной части Тихого океана.
«Система предназначена для такого рода событий», – сказал Равело. «Нам нужно знать, насколько они были обширными, и нам нужно переосмыслить, как эти события запускаются, потому что теперь мы знаем, что это не требует огромных возмущений. Это исследование закладывает основу для большой последующей работы."