Согласно исследованию Технологического института Джорджии, опубликованному 16 февраля в Журнале геофизических исследований - Атмосфера, существует удивительная связь между плодородием океана и загрязнением воздуха над сушей. Работа дает новое понимание роли, которую плодородие океана играет в сложном цикле, вовлекающем углекислый газ и другие парниковые газы в глобальное потепление.
Когда пыльные бури проходят над промышленно развитыми районами, они могут улавливать диоксид серы, кислый следовой газ, выделяемый промышленными объектами и электростанциями. По мере того, как пыльные бури распространяются по океану, диоксид серы, который они несут, снижает уровень пыли (показатель кислотности и щелочности) и превращает железо в растворимую форму, сказал Николас Месхидзе, постдокторант из группы профессора Атанасиоса Ненеса в Школе наук о Земле и атмосферных технологиях Georgia Tech и ведущий автор статьи «Пыль и загрязнение: рецепт улучшенного оплодотворения океана».
Это преобразование важно, потому что растворенное железо является необходимым микроэлементом для фитопланктона - крошечных водных растений, которые служат пищей для рыб и других морских организмов, а также снижают уровень углекислого газа в атмосфере Земли посредством фотосинтеза. Фитопланктон выполняет почти половину фотосинтеза Земли, хотя они составляют менее 1 процента биомассы планеты.
В исследованиях, финансируемых Национальным научным фондом, Месхидзе начал изучать пыльные бури три года назад под руководством Уильяма Хамейдеса, профессора регентов и председателя Смитголл в Школе наук о Земле и атмосферы Джорджии и соавтора статьи.
«Я знал, что сильные штормы в пустынях Гоби на севере Китая и в Монголии могут переносить железо из почвы в отдаленные районы северной части Тихого океана, способствуя фотосинтезу и поглощению углекислого газа», - сказал Месхидзе. «Но я был озадачен, потому что железо в пустынной пыли - это прежде всего гематит, минерал, который нерастворим в растворах с высоким pH, таких как морская вода. Так что он не доступен для планктона ».
Используя данные, полученные во время полета над исследуемым районом, Месхидзе проанализировал химический состав пыльной бури, которая возникла в пустыне Гоби и прошла над Шанхаем, а затем переместилась в северную часть Тихого океана. Его открытие: когда высокая концентрация диоксида серы смешивается с пылью пустыни, она подкисляет пыль до pH ниже 2 - уровня, необходимого для превращения минерального железа в растворенную форму, которая будет доступна фитопланктону.
Развивая это открытие, Месхидзе изучал, как изменения в загрязнении воздуха и минеральной пыли влияют на мобилизацию железа.
Получив в полете данные о двух разных штормах в пустыне Гоби, одна из которых произошла 12 марта 2001 года, а другая 6 апреля 2001 года, Месхидзе проанализировал содержание загрязнения, а затем смоделировал траекторию штормов и химическую трансформацию над северной частью Тихого океана. , Используя спутниковые измерения, он определил, имел ли место рост фитопланктона в районе океана, где проходили штормы.
Результаты были удивительными, сказал он. Хотя апрельский шторм был сильным, с тремя источниками пыли, сталкивавшимися и распространяющимися вплоть до континентальной части Соединенных Штатов, активность фитопланктона не увеличивалась. Тем не менее, мартовский шторм, хотя и меньший, значительно увеличил производство фитопланктона.
По словам Месхидзе, различные результаты могут быть связаны с концентрацией диоксида серы в пыльных бурях. Большие бури сильно щелочные, потому что они содержат большую долю карбоната кальция. Таким образом, количество двуокиси серы, улавливаемой в результате загрязнения, недостаточно для снижения pH ниже 2.
«Несмотря на то, что сильные штормы могут экспортировать огромное количество минеральной пыли в открытый океан, количество диоксида серы, необходимое для подкисления этих больших шлейфов и образования биодоступного железа, примерно в 5–10 раз превышает средние весенние концентрации этого загрязнителя в промышленно развитых районах. Китая », - пояснил Месхидзе. «Тем не менее, процент растворимого железа в небольших пыльных бурях может быть на много порядков выше, чем в крупных пыльных бурях».
Таким образом, несмотря на то, что небольшие штормы ограничены по количеству пыли, которую они переносят в океан, и могут не вызывать большого цветения планктона, небольшие штормы все еще производят достаточно растворимого железа, чтобы постоянно питать фитопланктон и оплодотворять океан. Это может быть особенно важно для вод с высоким содержанием нитратов и низким содержанием хлорофилла, где производство фитопланктона ограничено из-за недостатка железа.
Природные источники диоксида серы, такие как вулканические выбросы и производство океана, также могут вызывать мобилизацию железа и стимулировать рост фитопланктона. Тем не менее, выбросы из антропогенных источников обычно составляют большую часть следового газа. Кроме того, по словам Месхидзе, места антропогенных выбросов могут быть ближе к течению шторма и оказывать на него более сильное влияние, чем природный диоксид серы.
Это исследование углубляет понимание учеными углеродного цикла и изменения климата, добавил он.
«Похоже, что рецепт добавления загрязнения в минеральную пыль из Восточной Азии может фактически повысить продуктивность океана и, тем самым, снизить выбросы углекислого газа в атмосферу и уменьшить глобальное потепление», - сказал Хамейдс.
«Таким образом, текущие планы Китая по сокращению выбросов диоксида серы, которые будут иметь далеко идущие выгоды для окружающей среды и здоровья населения Китая, могут привести к непреднамеренным последствиям усугубления глобального потепления», - добавил он. «Это, пожалуй, еще одна причина, почему мы все должны серьезно относиться к сокращению выбросов углекислого газа и других парниковых газов».
Первоначальный источник: пресс-релиз Georgia Tech
