Это открытие указывает на то, что вдоль побережья происходят крупномасштабные изменения, поскольку источником радия являются суша и мелководные континентальные шельфы, окружающие океан. Эти прибрежные изменения, в свою очередь, могут также доставить больше питательных веществ, углерода и других химикатов в Северный Ледовитый океан и привести к драматическим последствиям для арктических пищевых сетей и популяций животных.
Исследовательская группа, возглавляемая Океанографическим институтом Вудс-Хоул (WHOI), подозревает, что таяние морского льда привело к тому, что у берегов осталось больше открытой воды, чтобы ветры создавали волны. Волны достигают неглубоких шельфов и перемешивают отложения, выделяя радий, который выносится на поверхность и уносится в открытый океан. Тот же механизм, вероятно, также мобилизует и доставляет больше питательных веществ, углерода и других химикатов в Северный Ледовитый океан, подпитывая рост планктона в нижней части пищевой цепи. Это, в свою очередь, может иметь серьезные последствия для рыб и морских млекопитающих и изменить арктическую экосистему.
Исследование было опубликовано 3 января 2018 г. в журнале Science Advances. В исследовательскую группу вошли Лорен Кипп, Мэтью Шаретт и Пол Хендерсон (WHOI), Уиллард Мур (Университет Южной Каролины) и Игнатиус Ригор (Вашингтонский университет).Ученые давно использовали радий-228 для отслеживания потока материала с суши и отложений в океан.
Это встречающийся в природе изотоп, образующийся в результате радиоактивного распада тория в отложениях. Но в отличие от тория, он растворяется в воде, где ученые могут отслеживать источники, количество, скорость и направление его потока, сказал Кипп, ведущий автор исследования и аспирант совместной программы MIT-WHOI по океанографии.Кипп руководил работой по измерению радия в 69 точках от западной окраины Северного Ледовитого океана до полюса во время двухмесячного плавания на борту ледокола Healy летом 2015 года. Круиз был частью международной программы GEOTRACES, целью которой является измерение химические индикаторы в мировом океане, чтобы понять циркуляцию океана и обеспечить основу для оценки будущих химических изменений в океанах.
Программа США GEOTRACES и это исследование финансируются Национальным научным фондом.К своему удивлению, исследовательская группа обнаружила, что концентрация радия-228 в центральной части Северного Ледовитого океана значительно увеличилась с момента проведения последних измерений в 2007 году. Каков был его источник и почему он увеличился?Команда исследовала траектории дрейфа морского льда в океане и увидела структуру льда — и, следовательно, воды — текущего на север от обширного северного побережья России к середине Северного Ледовитого океана, где концентрация радия увеличилась.
Картина соответствовала Трансполярному дрейфу, мощному течению, текущему в том же направлении, которое могло переносить радий из прибрежных источников.Они пришли к выводу, что избыток радия должен был происходить из отложений на Восточно-Сибирском арктическом шельфе у берегов России, крупнейшего континентального шельфа на Земле.
Он относительно неглубокий, со средней глубиной 170 футов, но простирается на 930 миль от берега и содержит обширный резервуар радия и других химических соединений.Что-то должно было измениться на побережье, чтобы объяснить резкий всплеск радия в центре Северного Ледовитого океана. Ученые предполагают, что потепление арктической среды привело к сокращению морского ледяного покрова, что позволило усилить волновое воздействие, которое взбудораживает отложения и мобилизует больше радия.Но есть и другие возможные факторы, которые вызывают изменения на шельфе, говорят ученые.
Более сильное воздействие волн может также вызвать усиление эрозии береговой линии, добавляя больше наземных отложений в океан. Повышение температуры может привести к таянию вечной мерзлоты, высвобождая больше материала в океан, а увеличение стока рек и грунтовых вод может принести больше радия, питательных веществ, углерода и других материалов в Арктику.«Поэтому постоянный мониторинг поступления шельфа в поверхностные воды Арктики жизненно важен для понимания того, как изменение климата повлияет на химию, биологию и экономические ресурсы Северного Ледовитого океана», — пишут авторы исследования.
Охват данными по Восточно-Сибирскому шельфу в настоящее время очень ограничен, поэтому важно провести дополнительные исследования в этом регионе, чтобы точно определить прямые причины увеличения поступлений на шельф и обеспечить возможность мониторинга в будущем. «Свидетельства Киппа и его сотрудников о существенных текущих изменениях в химической среде Северного Ледовитого океана подчеркивают необходимость постоянного изучения этих изменений и связанных с ними процессов», — сказал Боб Андерсон, профессор исследований Юинга-Ламонта в Lamont- Обсерватория Земли Догерти Колумбийского университета и директор офиса программы GEOTRACES в США. «Было бы здорово, если бы соответствующие усилия морских геохимиков в России могли быть объединены с будущими исследованиями других стран, например, под эгидой международной программы GEOTRACES».