Результаты исследования, финансируемого Национальным научным фондом, публикуются на этой неделе в журнале Nature.Крупномасштабные явления потепления около 14 700 и снова 11 500 лет назад произошли быстро и вызвали потерю кислорода в северной части Тихого океана, вызывая опасения, что области с низким содержанием кислорода будут снова расширяться по мере потепления океана в будущем. Исследователи говорят, что аномальное тепло, которое недавно произошло в северо-восточной части Тихого океана и Берингова море, получившее название «Капля», имеет масштабы, аналогичные событиям, задокументированным в геологической летописи. Если такое потепление сохраняется, потеря кислорода становится более вероятной.
Хотя многие ученые полагают, что ряд «мертвых зон» с низким содержанием кислорода в Тихом океане у Орегона и Вашингтона в течение последнего десятилетия может быть вызван потеплением океана, свидетельств, подтверждающих эту связь, было немного.Однако новое исследование обнаружило четкую связь между двумя доисторическими интервалами резкого потепления океана, завершившими последний ледниковый период увеличением потока морского планктона, опускающегося на морское дно, что в конечном итоге привело к внезапному наступлению условий с низким содержанием кислорода, или гипоксия.«Наше исследование показывает тесную связь между потеплением океана, потерей кислорода и экологическим сдвигом в пользу производства диатомовых водорослей», — сказала ведущий автор Саммер Преториус, которая проводила исследование в рамках своей докторской диссертации в Университете штата Орегон и сейчас является докторантом. научный сотрудник Научного института Карнеги.
«Во время каждого потепления переход к гипоксии происходил внезапно и продолжался около 1000 лет, что предполагает обратную связь, которая поддерживала или усиливала гипоксию». — добавил Преторий.Исследователи отмечают, что самой теплой воды недостаточно, чтобы вызвать цветение диатомовых водорослей или гипоксию. Подобно тому, как теплая газированная вода теряет газ, более теплая морская вода содержит меньше растворенного кислорода, и это может привести к снижению содержания кислорода. Но только когда происходит ускоренное цветение микроскопических диатомовых водорослей, которые имеют большие раковины и имеют тенденцию тонуть более эффективно, чем другие более мелкие типы планктона, дезоксигенация усиливается.
По словам Алан Микс, профессора Колледжа Земли, океана и атмосферы штата Орегон и соавтора исследования природы, диатомовые водоросли, как известно, процветают в теплой стратифицированной воде, но им также требуются источники питательных веществ и железа.Нагревание поверхности также снижает поступление питательных веществ из морских глубин. «Итак, есть несколько конкурирующих эффектов, — сказал Микс, — и финальная история зависит от того, какой эффект победит».«Высокие широты северной части Тихого океана богаты обычными питательными веществами, такими как нитраты и фосфаты, но бедны железом, и это, кажется, является ключевым фактором», — сказал Микс. «Частичная потеря кислорода вызывает химическую реакцию, которая высвобождает железо, ранее захваченное в отложениях континентальной окраины — и это железо затем питает диатомовые водоросли, которые цветут, умирают и опускаются к морскому дну, потребляя кислород по пути».По словам исследователей, проблема заключается в том, насколько быстро океан может отреагировать.
«Многие люди предполагали, что последствия изменения климата будут постепенными и предсказуемыми, — сказал Микс, — но это исследование показывает, что экологические последствия изменения климата могут быть огромными и произойти довольно быстро, без особых предупреждений».Поскольку конкурирующие эффекты смешения и железа могут происходить в разных временных масштабах, точная последовательность событий может сбивать с толку. В масштабе нескольких лет смешение может победить, но в масштабе от десятилетий до столетий задействуются более серьезные эффекты. Геологические данные, изученные Преториусом и его коллегами, подчеркнули эти более длинные масштабы.
Новое открытие стало результатом многолетних усилий многочисленных исследователей из штата Орегон по сбору кернов морских отложений в северной части Тихого океана, что позволило создать исчерпывающие записи об изменении климата в этом регионе с высоким разрешением. Температурные записи основаны на следовых количествах органических молекул, называемых биомаркерами, производимых планктоном.
Этот метод измерения температуры по осадочным записям был разработан и испытан Фредом Прахлом, почетным профессором ОГУ.«Мы протестировали множество различных стратегий для восстановления прошлой температуры и посмотрели на несовершенство геологической записи, но эти температурные записи оказались наиболее точными из имеющихся», — сказал Прахл.
Преториус отметил, что помимо «капли» — необычно высоких температур океана, наблюдаемых в северной части Тихого океана — в этом году наблюдалось рекордное цветение водорослей, в котором преобладали определенные виды диатомовых водорослей.«Хотя еще слишком рано знать, как это событие связано с долгосрочными климатическими моделями, которые проявятся в будущем, текущие условия кажутся устрашающе напоминающими прошлые условия, которые уступили место длительным периодам гипоксии», — сказала она.