Диатомовые водоросли — одноклеточные водоросли с замысловатыми, стеклянными оболочками — часто восхищают своей потрясающей красотой. Эти водоросли играют жизненно важную роль в океанической химии и экологии, способствуя регулированию климата и морских пищевых цепей при жизни. Теперь новые исследования показывают, что их влияние продолжается и после смерти, быстро преобразуя океаническую химию и потенциально влияя на климат Земли в большей степени, чем считалось ранее.
Неожиданная скорость обратного выветривания
Команда ученых из Georgia Tech обнаружила, что скелеты диатомовых водорослей, состоящие из кремнезема, превращаются в глинистые минералы на удивление быстро — всего за 40 дней. Ранее ученые полагали, что этот процесс, известный как обратное выветривание, занимает сотни и тысячи лет. Результаты, опубликованные в Science Advances, подчеркивают динамическую роль этих микроскопических организмов в регулировании климата планеты.
От стекла к глине: химическое преобразование
Когда диатомовая водоросль умирает, большая часть ее кремнеземного скелета растворяется. Однако оставшийся кремнезем может подвергаться обратному выветриванию — процессу, который превращает его в новые глинистые минералы, содержащие следовые металлы. Этот процесс также высвобождает ранее секвестрированный углерод обратно в атмосферу, когда осадки взаимодействуют с морской водой. Это взаимодействие между кремнием, углеродом и следовыми металлами значительно влияет на океаническую химию и помогает стабилизировать климат Земли с течением времени.
Воссоздание условий на дне океана в лаборатории
Чтобы понять, как и насколько быстро происходит обратное выветривание, исследователи создали специализированный двухкамерный реактор, имитирующий условия на дне океана. Одна камера содержала кремнезем диатомовых водорослей, а другая — минералы железа и алюминия, разделенные мембраной, которая позволяла растворенным элементам смешиваться. Используя передовую микроскопию, спектроскопию и химический анализ, команда отслеживала полное преобразование от растворения панциря диатомовой водорослью до образования новых глинистых минералов.
Результаты были ошеломляющими: всего за 40 дней кремнезем диатомовой водорослью превратился в богатые железом глинистые минералы — те же минералы, которые встречаются в морских отложениях. Это демонстрирует, что обратное выветривание — это не медленный, фоновый процесс, а активный компонент химии современного океана, влияющий на доступность кремнезема, уровни углекислого газа и переработку питательных веществ.
Последствия для климатического моделирования и океанических экосистем
«Было поразительно увидеть, насколько быстро скелеты диатомовых водорослей могут превратиться в совершенно новые минералы и понять механизмы этого процесса», — сказала Симон Чжао, первый автор исследования.
Быстрое преобразование диатомовых водорослей имеет далеко идущие последствия. Оно предполагает, что океаническая химия более динамична и потенциально более восприимчива к современным экологическим изменениям, чем считалось ранее. Результаты также разрешают давнюю загадку: ученым давно известно, что в океан поступает больше кремнезема, чем погребается, и эти исследования показывают, что большая его часть преобразуется в новые минералы посредством быстрого обратного выветривания.
«Диатомовые водоросли являются центральным звеном морских экосистем и глобального углеродного насоса», — объяснил Джеффри Краузе, соавтор и океанограф. «Мы уже знали об их важности при жизни. Теперь мы знаем, что даже после смерти останки диатомовых водорослей продолжают формировать океаническую химию таким образом, что влияет на круговорот углерода и питательных веществ — настоящий переломный момент».
Будущие исследования и напоминание о базовой науке
Исследования команды послужат руководством для климатических модельеров, изучающих роль океана в регулировании атмосферного углерода, а также улучшат модели океанической щелочности и прибрежного окисления. Их следующие шаги включают изучение влияния факторов, таких как химия воды, на эти преобразования и изучение образцов из прибрежных и глубоководных сред, чтобы увидеть, как эти лабораторные результаты соотносятся с естественным миром.
«Это исследование меняет то, как ученые думают о дне океана, не как о пассивном месте захоронения, а как о динамичном химическом двигателе», — сказал Юаньчжи Тан, старший автор исследования.
Исследование служит мощным напоминанием о важности базовых научных изысканий и подчеркивает, как молекулярные процессы внутри крошечных организмов могут оказывать глубокое влияние на системы Земли.
