Любой, кто когда-либо плавал в океане, видел крошечные белые крупинки, плывущие по воде подобно снегу.
Этот так называемый "морской снег" состоит из тонущего мусора, фрагментов мертвого планктона, кусочков органического вещества и мельчайших минеральных частиц, дрейфующих в толще воды. Морской снег также содержит карбонат кальция, минерал, из которого состоят раковины многих морских организмов. Теоретически, этот минерал должен растворяться в основном в глубоких слоях океана, где его расщепляют более холодные и кислые воды. Но океанические измерения показали, что карбонат кальция исчезает гораздо ближе к поверхности.
Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что бактерии, живущие внутри морского снега, могут быть ответственны за это. Это открытие может изменить понимание исследователями биологического углеродного насоса, одного из важнейших процессов регулирования климата в океане. “Представьте себе морские частицы как микроскопические мегаполисы”, - говорит Бенедикт Борер, ведущий автор исследования. “В этих крошечных пространствах наблюдается огромная активность микроорганизмов. Именно здесь растворяется карбонат кальция”.
На поверхности океана микроскопические водоросли, называемые фитопланктоном, поглощают углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза. Когда эти организмы умирают, их останки оседают в толще воды в виде морского снега, унося углерод вниз. Миллиарды тонн органического и минерального углерода перемещаются по океану таким образом каждый год. Чем глубже эти частицы погружаются перед растворением или разрушением, тем дольше углерод остается в атмосфере. В конце концов, карбонат кальция растворяется в более глубоких водах, высвобождая углекислый газ обратно в океан и продолжая цикл.
Но наблюдения показали, что удивительно много этого минерала исчезает гораздо раньше, чем ожидалось, что побудило исследователей искать объяснение. Чтобы исследовать эту тайну, Борер и его коллеги провели эксперимент, призванный имитировать то, что происходит внутри тонущих морских частиц. Используя специально разработанный микрожидкостный чип, команда исследователей воссоздала в лаборатории океанические условия в миниатюре. Устройство позволило им изучить морские частицы, содержащие кальцит — кристаллическую форму карбоната кальция, — а также бактерии, которые естественным образом растут на этих частицах.
Искусственная морская вода поступала через систему, в то время как исследователи контролировали температуру, уровень кислорода и численность бактерий. По мере роста бактерий они поглощали углекислый газ. Этот процесс делал среду вокруг частиц более кислой, что ускоряло растворение кальцита. Другими словами, микробы помогали растворять минералы в самом морском снегу. Если бактерии растворяют минерал на ранней стадии процесса, частицы морского снега могут погружаться медленнее. Более медленное погружение означает, что у углерода остается больше времени на переработку у поверхности, а не на хранение в глубоких слоях воды. Поскольку при метаболизме бактерий также выделяется углекислый газ, этот процесс потенциально может вернуть часть этого углерода обратно в атмосферу.
“Океанографы часто думают о макроуровне, но в данном случае то, что происходит с микроскопическими частицами, контролирует весь океан”, - отмечает Борер. Ученым потребуется дополнительная работа, чтобы подтвердить, насколько широко распространен этот механизм в океане. Но исследование показывает, как процессы, происходящие внутри крошечных дрейфующих частиц, могут влиять на то, как океан накапливает углерод и сколько его в конечном итоге возвращается в атмосферу.
