Новое исследование объясняет, как диатомеи процветают и «светятся» в Южном океане

Согласно новому исследованию, удалённый район Южного океана, который долгое время сбивал с толку спутники, измеряющие цвет океана, из-за отражения большого количества бирюзового света, оказался богат кремнийсодержащими диатомовыми водорослями. Неожиданно в этих полярных водах также были обнаружены кокколитофориды — тип морских микроводорослей со сложными раковинками из карбоната кальция, играющий критическую роль в глобальном углеродном цикле.

Исследование помогает разрешить давнюю загадку для спутниковых океанографов о том, какие микробы доминируют в этой труднодоступной части океана, и проливает свет на то, как сообщество планктона меняется в ответ на изменение температуры и химического состава морской воды. Это, в свою очередь, имеет важные последствия для цикла углерода в Южном океане и для методов дистанционного зондирования, которые используют учёные.

Работа опубликована на этой неделе в журнале Global Biogeochemical Cycles.

В начале 2000-х годов учёные идентифицировали область к югу от Пояса Большого Кальцита, которая также выглядела необычно яркой на спутниковых снимках, хотя вода там считалась слишком холодной для кокколитофорид. Из-за облачности, айсбергов и штормов мониторинг этой зоны был сложен.

Исследователи на борту судна R/V Roger Revelle прошли от Гавайев до 60 градусов южной широты, измеряя по трансекту цвет океана, скорость кальцификации и фотосинтеза, а также концентрации неорганического углерода и кремния — минералов, которые отражают свет и играют ключевую роль в секвестрации органического углерода в глубинах океана.

Многоуровневый подход, сочетающий биогеохимические измерения, оптические данные и визуальный подсчёт микробов под микроскопом, позволил учёным наблюдать смену сообщества планктона при движении на юг:

• От динофлагеллят в тёплых стратифицированных водах субтропиков,
• К кокколитофоридам в Поясе Большого Кальцита,
• И, наконец, к диатомеям в богатых кремнием холодных водах к югу от Полярного фронта.

Сочетание методов стало «уликой», доказывающей, что высокий уровень отражения света к югу от Пояса Кальцита объясняется фрустулами — кремниевыми структурами диатомей, которые отражают свет аналогично раковинкам кокколитофорид (хотя для такого же оптического эффекта требуется гораздо больше фрустул, что свидетельствует об их высокой концентрации).

Неожиданно команда также обнаружила в далёких южных водах небольшие концентрации неорганического углерода, признаки идущей кальцификации (впервые) и визуальные свидетельства присутствия кокколитофорид. Это говорит о том, что кокколитофориды могут выживать в более холодных водах, чем предполагалось. Возможно, вихри, поднимающиеся с юга, служат «посевными популяциями», поставляя кокколитофориды в Пояс Большого Кальцита.

Присутствие кокколитофорид в более широком географическом диапазоне, чем ожидалось, может влиять на перемещение углерода в Южном океане — одном из важнейших поглотителей атмосферного углерода на планете. Доминирование же диатомей к югу от Полярного фронта подчёркивает необходимость улучшения алгоритмов, которые переводят спутниковые данные в значимые прогнозы биологии океана.