Діатомові водорості — одноклітинні водорості зі складними скляними раковинами — часто захоплюються своєю приголомшливою красою. Ці водорості відіграють важливу роль у хімії та екології океану, допомагаючи регулювати клімат і морські харчові ланцюги протягом життя. Тепер нові дослідження показують, що їхній вплив триває після смерті, швидко змінюючи хімію океану та потенційно впливаючи на клімат Землі більшою мірою, ніж вважалося раніше.
Неочікувана швидкість зворотного вивітрювання
Команда дослідників Georgia Tech виявила, що скелети діатомових водоростей із кремнезему напрочуд швидко перетворюються на глинисті мінерали — лише за 40 днів. Раніше вчені вважали, що цей процес, відомий як зворотне вивітрювання, тривав сотні чи тисячі років. Результати, опубліковані в Science Advances, підкреслюють динамічну роль цих мікроскопічних організмів у регулюванні клімату планети.
Від скла до глини: хімічне перетворення
Коли діатомова водорость гине, більша частина її кремнеземного скелета розчиняється. Однак діоксид кремнію, що залишився, може піддаватися зворотному вивітрюванню, процесу, який перетворює його на нові глинисті мінерали, що містять сліди металів. Цей процес також вивільняє раніше поглинений вуглець назад в атмосферу, коли опади взаємодіють з морською водою. Ця взаємодія між кремнієм, вуглецем і слідами металів значно впливає на хімію океану та допомагає стабілізувати клімат Землі з часом.
Відтворення умов на дні океану в лабораторії
Щоб зрозуміти, як і як швидко відбувається зворотне вивітрювання, дослідники створили спеціалізований двокамерний реактор, який імітує умови на дні океану. Одна камера містила діатомовий кремнезем, а інша містила мінерали заліза та алюмінію, розділені мембраною, яка дозволяла змішувати розчинені елементи. Використовуючи вдосконалену мікроскопію, спектроскопію та хімічний аналіз, команда відстежила повну трансформацію від розчинення раковини діатомовою водоростею до утворення нових глинистих мінералів.
Результати були приголомшливими: лише за 40 днів діатомовий кремнезем був перетворений на багаті залізом глинисті мінерали — ті самі мінерали, що містяться в морських відкладах. Це демонструє, що зворотне вивітрювання не є повільним фоновим процесом, а активним компонентом сучасної хімії океану, що впливає на доступність кремнезему, рівень вуглекислого газу та переробку поживних речовин.
Наслідки для моделювання клімату та екосистем океану
«Було дивовижно спостерігати, як швидко скелети діатомових водоростей можуть перетворюватися на абсолютно нові мінерали, і розуміти механізми, що стоять за цим процесом», — сказала Симона Чжао, перший автор дослідження.
Швидке перетворення діатомових водоростей має далекосяжні наслідки. Це свідчить про те, що хімія океану є більш динамічною та потенційно краще реагує на сучасні зміни навколишнього середовища, ніж вважалося раніше. Результати також розв’язують давню таємницю: вченим давно відомо, що в океан потрапляє більше кремнезему, ніж захоронюється, і ці дослідження показують, що більша його частина перетворюється на нові мінерали через швидке зворотне вивітрювання.
«Діатомові водорості займають центральне місце в морських екосистемах і глобальному вуглецевому насосі», — пояснив Джеффрі Краузе, співавтор і океанограф. “Ми вже знали про їхню важливість за життя. Тепер ми знаємо, що навіть після смерті залишки діатомових водоростей продовжують формувати хімію океану таким чином, що впливає на кругообіг вуглецю та поживних речовин, що справді змінює ситуацію”.
Нагадування про майбутні дослідження та фундаментальну науку
Дослідження команди надасть керівництво моделювачам клімату, які вивчають роль океану в регулюванні вуглецю в атмосфері, а також покращить моделі лужності океану та підкислення прибережних районів. Їхні наступні кроки включають вивчення того, як такі фактори, як хімічний склад води, впливають на ці перетворення та вивчення зразків із прибережних і глибоководних середовищ, щоб побачити, як ці лабораторні результати порівнюються з природним світом.
«Це дослідження змінює уявлення вчених про дно океану не як про пасивне місце поховання, а як про динамічний хімічний двигун», — сказав Юаньчжі Тан, старший автор дослідження.
Дослідження служить потужним нагадуванням про важливість фундаментальної науки та підкреслює, як молекулярні процеси в крихітних організмах можуть мати глибокий вплив на системи Землі.
