Глубоководные землетрясения способствуют массовому росту планктона в Антарктиде

Фото из открытых источников

На глубине 1800 метров под Южным океаном Антарктиды в темноте бурлит вулканический хребет, испещренный гидротермальными источниками. Эти источники извергают обжигающую воду, богатую железом и другими соединениями, питая микроскопический планктон, которым питаются криль и другие ракообразные, поддерживая пищевую цепь, кульминацией которой являются более крупные хищники, такие как пингвины, тюлени и киты. Теперь же новые исследования показывают, что эти источники могут получать дополнительную энергию от неожиданного источника: землетрясений.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Geoscience, землетрясения вызывают мощные выбросы необходимых питательных веществ из этих гидротермальных источников, которые поднимаются на поверхность и способствуют формированию масштабных планктонных скоплений, занимающих сотни тысяч квадратных километров. Джозеф Резинг, глубоководный биохимик из Школы океанографии Вашингтонского университета, не участвовавший в исследовании, говорит, что работа предоставляет «убедительные доказательства» того, что глубоководные землетрясения помогают обеспечивать питательными веществами жизнь на поверхности.

Несмотря на то, что воды у берегов Антарктиды холодные и суровые, исследователи давно заметили, что в них происходит масштабное цветение фитопланктона. Каждый год в водах над Австралийско-Антарктическим хребтом, на стыке австралийской и антарктической тектонических плит, наблюдается исключительно большое цветение. В 2014 году это микробное смешение охватило около 266 000 квадратных километров океана — площадь примерно размером с Новую Зеландию.

Однако до недавнего времени исследователи не связывали антарктический фитопланктон с глубоководными гидротермальными источниками под ним. Первые убедительные доказательства появились в 2019 году, когда ученые обнаружили два цветения, плавающих в ледяных водах над затопленным Юго-Западным Индийским хребтом, говорит Кейси Шин, специалист по климатологии и наукам из Миддлбери-колледжа. В 2021 году группа под руководством Шина обнаружила, что цветение над Австралийским Антарктическим хребтом также подпитывалось глубоководными гидротермальными источниками. «Идея о том, что гидротермальные источники могут стимулировать образование цветения на поверхности, довольно нова», — говорит Шин, ведущий автор нового исследования.

Эти ранние исследования показали, что глубоководные гидротермальные источники, вероятно, способствуют поддержанию цветения фитопланктона в Южном океане, выбрасывая железо — ключевой питательный элемент для фитопланктона, определяющий скорость роста микроорганизмов. Однако оставалось много вопросов о том, как гидротермальная активность на глубине более 2 километров может влиять на микроорганизмы, обитающие на поверхности. Например, не было ясно, почему в водах непосредственно вокруг и над источниками наблюдается цветение фитопланктона, учитывая, что предыдущие исследования предполагали, что железу, выбрасываемому вдоль хребтов, потребуется от нескольких десятилетий до столетия, чтобы достичь поверхности, а также что оно будет мигрировать на тысячи километров от источников по мере своего перемещения.

Шин предположила, что сейсмическая активность вдоль этих гидротермальных источников может играть роль в этом загадочном процессе. Поэтому, чтобы исследовать ее потенциальное влияние вдоль австралийского Антарктического хребта, она и ее коллеги изучили данные о землетрясениях, спутниковые снимки с 1997 по 2024 год и данные, собранные ранее в ходе глубоководных химических экспедиций в этом районе. Их анализ показал, что цветение фитопланктона достигало максимальных размеров, когда за несколько недель или месяцев до начала вегетационного периода антарктического фитопланктона происходили землетрясения магнитудой 5 или выше.

«Связь между землетрясениями в данном году и уровнем продуктивности фитопланктона в том же году предполагает, что вулканическое железо может переноситься на поверхность океана гораздо быстрее, чем считалось ранее», — говорит Резинг.

В дальнейших исследованиях команда Шина планирует изучить новые данные из Южного океана, чтобы лучше понять, как глубоководные гидротермальные источники могут влиять на микроорганизмы на поверхности. Шин также планирует выяснить, способствуют ли гидротермальные источники, подверженные землетрясениям, цветению микроорганизмов над Тихоокеанским Антарктическим хребтом, расположенным к востоку от Австралийского Антарктического хребта. Софи Бонне, морской биохимик из Средиземноморского института океанографии, воодушевлена последствиями нового исследования для вулканически активных хребтов в других частях океана. «На Тихоокеанское огненное кольцо приходится почти 80% глобальной сейсмической активности», — говорит она. «Подобные процессы могут происходить [вдоль его хребтов] и должны быть исследованы».

Ставки высоки. Цветение планктона в Южном океане играет важную роль в регулировании глобального уровня углекислого газа, поэтому в конечном итоге оно определяет, сколько углекислого газа, выбрасываемого человеком, поглощается из атмосферы. И если глубоководные гидротермальные источники этого региона могут быстро выбрасывать свое содержимое на поверхность, это также означает, что любой углекислый газ, который они выбрасывают, может достигать поверхности быстрее и в больших объемах, чем считалось ранее, что, возможно, потребует пересмотра некоторых климатических моделей. «Мы явно недооцениваем некоторые физические механизмы, действующие в Южном океане», — говорит Шин.