Второй год подряд Карибские острова, Мексиканский залив и северная Южная Америка столкнулись с негативным рекордом — оценивается, что 38 миллионов тонн саргассума дрейфуют к их берегам. Это масштабное накопление, особенно проблематичное в летние месяцы, производит зловоние, отпугивает туристов и представляет угрозу для прибрежных экосистем. Хотя саргассум, плавающий на поверхности, обеспечивает жизненно важное питание и среду обитания для морских видов, его избыток создает серьезные проблемы. Но что питает этот драматический рост?
Великий атлантический пояс саргассума и загадка питательных веществ
Водоросли происходят из саргассового моря, к востоку от Флориды. Однако с 2011 года исследователи наблюдают рост «Великого атлантического пояса саргассума» — обширный ковер гульведа, который дрейфует с экватора в Карибское море, подгоняемый восточными ветрами. Традиционно ученые предполагали, что сброс питательных веществ в результате чрезмерного удобрения и обезлесения тропических лесов ответственны за увеличение биомассы саргассума. Однако эти объяснения оказались недостаточными для объяснения наблюдаемого роста.
Ключевая роль цианобактерий и фиксации азота
Недавнее международное исследование, проведенное Институтом Макса Планка химии, раскрыло основной механизм, обуславливающий эти цветения саргассума. Исследователи выявили важнейшие климатические условия, которые способствуют росту, позволяя им разработать систему для прогнозирования будущих случаев выброса саргассума на берег.
Исследование показывает, что сильные ветровые течения, происходящие у экватора, транспортируют фосфор на поверхность океана. Этот рост доступности фосфора напрямую способствует росту цианобактерий, которые колонизируют коричневые водоросли и захватывают атмосферный азот, превращая его в пригодную для использования форму — процесс, называемый фиксацией азота. Этот симбиотический союз обеспечивает конкурентное преимущество перед другими водорослями в экваториальном Атлантическом океане и объясняет прошлые изменения биомассы саргассума.
Открытие прошлого: кораллы как исторические записи
Чтобы понять связь между цветением водорослей, фиксацией азота и условиями океана, исследователи проанализировали образцы кораллов из различных мест Карибского бассейна. Кораллы включают химические сигнатуры из воды в свои известковые скелеты во время роста, создавая бесценные архивы прошлых изменений в океане. Анализируя годовые слои роста, ученые могут реконструировать прошлые химические составы.
Анализ изотопного состава азота в слоях кораллов за последние 120 лет выявил исторические показатели фиксации азота. Образцы морской воды откалибровали эти результаты, подтвердив, что записи кораллов точно отражают фиксацию азота.
Тщательно связанное явление с 2011 года
Джонатан Юнг, аспирант Института Макса Планка химии и первый автор исследования, объясняет: «Мы заметили значительное увеличение фиксации азота в 2015 и 2018 годах — годах рекордных цветений саргассума. Сравнение этих измерений с годовыми данными о биомассе саргассума показало удивительное соответствие». Исследователи обнаружили, что рост водорослей и показатели фиксации азота тесно связаны с 2011 года, совпадая с первым значительным смещением коричневых водорослей из саргассового моря в тропический Атлантический океан.
Исключение других объяснений и подтверждение механизма
Исследовательская группа пришла к выводу, что избыток фосфора является ключевым фактором цветения саргассума, исключив альтернативные теории. Предыдущие идеи, предполагавшие, что пыль, богатая железом, из Сахары или поступление питательных веществ с крупных рек, таких как Амазонка или Оринокo, обуславливали рост водорослей, были признаны не имеющими корреляции с наблюдаемым цветением саргассума.
Прогнозирование будущих цветений посредством климатических наблюдений
В исследовании описывается механизм, в котором фосфор из глубинных вод, поднимаемых течениями, и азот, полученный в результате фиксации азота, обуславливают цветение саргассума, наблюдаемое в последние десятилетия. Понимание того, как более низкие температуры поверхности тропического Северного Атлантического океана и более высокие температуры в Южном Атлантическом океане вызывают изменения давления воздуха, приводящие к ветровым аномалиям и богатым фосфором подъёмным течениям, может значительно улучшить прогнозы роста саргассума.
Взгляд в будущее: влияние глобального потепления
По мнению исследователей Института Макса Планка, будущее саргассума в тропическом Атлантическом океане в конечном итоге зависит от того, как глобальное потепление влияет на процессы, контролирующие поставки фосфора в экваториальный Атлантический океан. Альфредо Мартинес-Гарсия, руководитель группы в Институте Макса Планка и старший автор исследования, планирует расширить эти наблюдения, анализируя новые записи кораллов из различных мест Карибского бассейна, чтобы направить усилия по смягчению последствий цветения саргассума для коралловых экосистем и прибрежных сообществ Карибского бассейна.
В конечном счете, будущее саргассума в тропическом Атлантическом океане будет зависеть от того, как глобальное потепление влияет на процессы, которые приводят к избыточному поступлению фосфора в экваториальный Атлантический океан. — Альфредо Мартинес-Гарсия, Институт Макса Планка химии
