Южно-тихоокеанский круговорот
Южно-тихоокеанский круговорот.
Основная циркуляционная система океанических течений

Южно -Тихоокеанский круговорот является частью системы вращающихся океанических течений Земли, ограниченной экватором на севере, Австралией на западе, Антарктическим циркумполярным течением на юге и Южной Америкой на востоке. [1] Центр южно-Тихоокеанского круговорота является океаническим полюсом недоступности , местом на Земле, наиболее удаленным от любых континентов и продуктивных океанических регионов, и считается крупнейшей океанической пустыней Земли. [2] Имея площадь 37 миллионов квадратных километров, он составляет приблизительно 10% поверхности океана Земли. [3] Круговорот , как и другие четыре круговорота Земли, содержит область с повышенной концентрацией пелагического пластика, химического ила и другого мусора , известную как Южно-Тихоокеанское мусорное пятно . [4]

Поток и накопление осадка

Пассаты Земли и сила Кориолиса заставляют океанические течения в южной части Тихого океана циркулировать против часовой стрелки. Течения изолируют центр круговорота от подъема питательных веществ , и мало питательных веществ переносится туда ветром ( эоловые процессы ), поскольку в Южном полушарии относительно мало суши, которая могла бы поставлять пыль преобладающим ветрам . Низкий уровень питательных веществ в регионе приводит к чрезвычайно низкой первичной продуктивности на поверхности океана и, следовательно, к очень низкому потоку органического материала, оседающего на дне океана в виде морского снега . Низкий уровень биогенного и эолового осаждения приводит к тому, что отложения накапливаются на дне океана очень медленно. В центре южно-тихоокеанского круговорота скорость осадконакопления составляет от 0,1 до 1 м (от 0,3 до 3,3 фута) за миллион лет. Толщина осадков (от базальтов фундамента до морского дна) колеблется от 1 до 70 м, причем более тонкие отложения встречаются ближе к центру круговорота. Низкий поток частиц в Южно-Тихоокеанском круговороте приводит к тому, что вода там является самой чистой морской водой в мире. [2]

Подводная биосфера

Под морским дном морские отложения и окружающие поровые воды содержат необычную биосферу подводного дна . Несмотря на чрезвычайно низкое количество захороненного органического материала, микробы живут во всей осадочной колонне. Средняя численность клеток и чистая скорость дыхания на несколько порядков ниже, чем в любой другой ранее изученной биосфере подводного дна . [2]

Сообщество подводного течения Южно-Тихоокеанского круговорота также необычно, поскольку оно содержит кислород во всей осадочной толще. В других подводных биосферах микробное дыхание будет расщеплять органический материал и потреблять весь кислород вблизи морского дна, оставляя более глубокие части осадочной толщи бескислородными. Однако в Южно-Тихоокеанском круговороте низкие уровни органического материала, низкая скорость дыхания и тонкие осадки позволяют насыщать поровую воду кислородом во всей осадочной толще. [5] В июле 2020 года морские биологи сообщили, что аэробные микроорганизмы (в основном), в «квази- подвешенном состоянии », были обнаружены в органически бедных осадках возрастом до 101,5 миллиона лет, на глубине 250 футов ниже морского дна региона и могут быть самыми долгоживущими формами жизни, когда-либо обнаруженными. [6] [7]

Радиолитический H2: бентический источник энергии

Предполагается, что бентосные микробы в бедных органикой отложениях в олиготрофных океанических регионах, таких как Южно-Тихоокеанский круговорот, метаболизируют радиолитический водород (H 2 ) в качестве основного источника энергии. [8] [2] [9]

Океанические регионы в пределах Южно-Тихоокеанского круговорота (SPG) и других субтропических круговоротов характеризуются низкой первичной продуктивностью на поверхности океана; т. е. они являются олиготрофными. Центр SPG является самой удаленной от континента океанической провинцией и содержит самую чистую океанскую воду на Земле [2] с ≥ 0,14 мг хлорофилла на м 3 . [2] Углерод, экспортируемый в нижележащие глубоководные отложения океана через биологический насос , ограничен в SPG, что приводит к скорости седиментации, которая на порядки ниже, чем в продуктивных зонах, например, на континентальных окраинах. [2]

Обычно глубоководная бентосная микробная жизнь использует органический углерод, экспортируемый из поверхностных вод. В олиготрофных регионах, где осадки бедны органическим материалом, подповерхностная бентосная жизнь использует другие первичные источники энергии, такие как молекулярный водород (H 2 ). [10] [8] [2] [9]

Радиолиз интерстициальной воды

Радиоактивный распад встречающегося в природе урана ( 238 U и 235 U ), тория ( 232 Th) и калия ( 40 K ) в донных отложениях совместно бомбардирует интерстициальную воду α- , β- и γ -излучением. Облучение ионизирует и расщепляет молекулы воды, в конечном итоге образуя H2 . Продуктами этой реакции являются водные электроны (e − aq ), водородные радикалы (H·), протоны (H + ) и гидроксильные радикалы (OH·). [9] Радикалы очень реакционноспособны, поэтому недолговечны и рекомбинируют, образуя перекись водорода (H2O2 ) и молекулярный водород (H2 ) . [10]

Количество радиолитического производства H 2 в донных отложениях зависит от количества присутствующих радиоактивных изотопов, пористости осадков и размера зерна. Эти критерии указывают на то, что определенные типы осадков, такие как абиссальные глины и кремнистые илы, могут иметь более высокое радиолитическое производство H 2 по сравнению с другими слоями морского дна. [9] Кроме того, радиолитическое производство H 2 было измерено в интрузиях морской воды в базальты под морским дном. [10]

Микробная активность

Микробы, наиболее подходящие для использования радиолитического H2 , — это бактерии кналлгаза, литоавтотрофы , которые получают энергию путем окисления молекулярного водорода посредством реакции кналлгаза : [11]

H 2 (водн.) + 0,5O 2 (водн.) H 2 O (ж) [12]

В поверхностном слое осадочных кернов из олиготрофных регионов SPG O 2 является основным акцептором электронов, используемым в микробном метаболизме. Концентрации O 2 немного снижаются в поверхностных осадках (начальные несколько дециметров) и не изменяются по глубине. Между тем, концентрации нитратов немного увеличиваются вниз или остаются постоянными в осадочной колонке примерно с теми же концентрациями, что и в глубокой воде над морским дном. Измеренные отрицательные потоки O 2 в поверхностном слое показывают, что относительно низкая численность аэробных микробов, которые окисляют минимально осажденное органическое вещество из океана выше. Чрезвычайно низкое количество клеток подтверждает, что микробы существуют в небольших количествах в этих поверхностных осадках. Напротив, осадочные керны за пределами SPG показывают быстрое устранение O 2 и нитрата на глубине 1 метр ниже морского дна (mbsf) и 2,5 mbsf соответственно. Это свидетельствует о гораздо более высокой микробной активности, как аэробной, так и анаэробной. [9] [2]

Производство радиолитического H 2 (донор электронов) стехиометрически сбалансировано с производством 0,5 O 2 (акцептор электронов), поэтому измеримый поток O 2 не ожидается в субстрате, если одновременно происходят радиолиз воды и бактерии knallgas. [9] [2] Таким образом, несмотря на известное возникновение радиолитического производства H 2 , молекулярный водород находится ниже обнаруживаемого предела в кернах SPG, что приводит к гипотезе, что H 2 является основным источником энергии в низкоорганических донных отложениях ниже поверхностного слоя. [9] [2] [8]

Цвет акварели

Спутниковые изображения показывают, что некоторые области в круговороте более зеленые, чем окружающая их чистая голубая вода, что часто интерпретируется как области с более высокой концентрацией живого фитопланктона . Однако предположение, что более зеленая океанская вода всегда содержит больше фитопланктона, не всегда верно. Несмотря на то, что Южно-Тихоокеанский круговорот содержит эти участки зеленой воды, в нем очень мало организмов. Вместо этого некоторые исследования выдвигают гипотезу, что эти зеленые участки являются результатом накопленных отходов морской жизни. Оптические свойства Южно-Тихоокеанского круговорота остаются в значительной степени неизученными. [13]

Мусорный участок

Южнотихоокеанский круговорот можно увидеть в отсутствии океанических течений у западного побережья Южной Америки. Карта океанических течений около 1943 года
На этой фотографии показано рассеивание пластиковых фрагментов разных размеров.
Визуализация картины потока загрязняющих веществ в океане
Южнотихоокеанское мусорное пятно — это область океана с повышенным уровнем загрязнения морским мусором и пластиковыми частицами в пелагической зоне океана . Эта область находится в Южнотихоокеанском круговороте, который сам простирается от вод к востоку от Австралии до южноамериканского континента, на север до экватора и на юг до достижения Антарктического циркумполярного течения . [14] Разложение пластика в океане также приводит к повышению уровня токсичных веществ в этом районе. [15] Наличие мусорного пятна было подтверждено в середине 2017 года, и его сравнивали с состоянием Большого тихоокеанского мусорного пятна в 2007 году, что сделало первое на десять лет моложе. Южнотихоокеанское мусорное пятно не видно на спутниках и не является сушей. Большинство частиц меньше рисового зерна. [16] Исследователь сказал: «Это облако микропластика простирается как вертикально, так и горизонтально. Это больше похоже на смог, чем на пятно». [16]

Ссылки

  1. ^ "Кто-нибудь дома? Мало отклика в тихоокеанском круговороте". NBC News . Associated Press . 22 июня 2009 . Получено 3 января 2021 .
  2. ^ abcdefghijk D'Hondt, Steven; et al. (Июль 2009). «Осадочные отложения под поверхностью моря в южной части Тихого океана — одно из наименее населенных мест на Земле». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (28): 11651– 11656. Bibcode : 2009PNAS..10611651D. doi : 10.1073/pnas.0811793106 . PMC 2702254. PMID  19561304 . 
  3. ^ Inc, Pelmorex Weather Networks (27 июля 2020 г.). «Что живет в „океанической пустыне“ Тихого океана». The Weather Network . Получено 31 декабря 2022 г. . {{cite web}}: |last=имеет общее название ( помощь )
  4. ^ Монтгомери, Хейли (28 июля 2017 г.). «Южно-Тихоокеанский океанский круговорот удерживает массивное мусорное пятно». Pelmorex Weather Networks . Weather Network. Архивировано из оригинала 28 ноября 2020 г. Получено 14 августа 2017 г.
  5. ^ Фишер, Дж. П. и др. «Проникновение кислорода в глубь осадка южнотихоокеанского круговорота» Biogeoscience (август 2009 г.): 1467(6).
  6. ^ Ву, Кэтрин Дж. (28 июля 2020 г.). «Эти микробы, возможно, выжили 100 миллионов лет под морским дном — спасенные из своих холодных, тесных и бедных питательными веществами жилищ, бактерии проснулись в лаборатории и начали расти». The New York Times . Получено 31 июля 2020 г.
  7. ^ Мороно, Юки и др. (28 июля 2020 г.). «Аэробная микробная жизнь сохраняется в оксичных морских отложениях возрастом 101,5 миллиона лет». Nature Communications . 11 (3626): 3626. Bibcode :2020NatCo..11.3626M. doi :10.1038/s41467-020-17330-1. PMC 7387439 . PMID  32724059. 
  8. ^ abc Sauvage, J; et al. (2013). «Радиолиз и жизнь в глубоких отложениях под морским дном южнотихоокеанского круговорота». Тезисы конференции Goldschmidt 2013 : 2140.
  9. ^ abcdefg Блэр, CC; и др. (2007). «Радиолитический водород и микробное дыхание в подповерхностных отложениях». Астробиология . 7 (6): 951– 970. Bibcode :2007AsBio...7..951B. doi :10.1089/ast.2007.0150. PMID  18163872.
  10. ^ abc Dzaugis, ME; et al. (2016). "Производство радиолитического водорода в базальтовом водоносном горизонте под морским дном". Frontiers in Microbiology . 7 : 76. doi : 10.3389/fmicb.2016.00076 . PMC 4740390. PMID  26870029 . 
  11. ^ Синглтон П., Сейнсбери Д. (2001). «Водородоокисляющие бактерии ('водородные бактерии'; бактерии кналлгаза)». Словарь микробиологии и молекулярной биологии . 3-е изд.
  12. ^ Аменд JP, Шок EL (2001). «Энергетика общих метаболических реакций термофильных и гипертермофильных архей и бактерий». FEMS Microbiology Reviews . 25 (2): 175–243 . doi : 10.1111/j.1574-6976.2001.tb00576.x . PMID  11250035.
  13. ^ Claustre, Herve; Maritorena, Stephane (2003). «Множество оттенков синего океана. (Наука об океане)». Science . 302 (5650): 1514– 1515. doi :10.1126/science.1092704. PMID  14645833. S2CID  128518190.
  14. ^ «Южно-Тихоокеанский круговорот - Correntes Oceânicas» - через Сайты Google.
  15. ^ Барри, Кэролин (20 августа 2009 г.). «Пластик быстро разлагается в океане». Национальное географическое общество. Архивировано из оригинала 26 августа 2009 г.
  16. ^ ab Нилд, Дэвид (25 июля 2017 г.). «В Тихом океане есть еще одно огромное пятно пластикового мусора». Sciencealert.com . ScienceAlert.

Дальнейшее чтение

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Южно-Тихоокеанский_круговорот&oldid=1254479736"