Без растворенного кислорода, необходимого для поддержания жизни животных или растений, океанические аноксические зоны-это области, где могут жить только микробы, приспособленные к окружающей среде.

"Вы не получите большую рыбу", - сказал биогеохимик Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Морган Рейвен. -У вас даже нет харизматичного зоопланктона." Но хотя бескислородные океаны могут показаться чуждыми организмам вроде нас, которые дышат кислородом, они полны жизни, сказала она.

Эти странные экосистемы расширяются благодаря изменению климата-развитию, которое беспокоит рыболовство и всех, кто полагается на богатые кислородом океаны. Но что вызывает интерес ворона, так это изменение химического состава океанов-крупнейшего на Земле поглотителя углерода-и то, как он может перемещать углерод из атмосферы в долговременные резервуары, такие как горные породы.

"Что происходит с нашим углеродным циклом, когда мы получаем эти большие области океана, которые свободны от кислорода?" - сказала она. Этот вопрос был центральным в исследовании, проведенном Рейвеном и его коллегами Риком Кейлом (Вашингтонский университет) и Сэмюэлем Уэббом (Стэнфордская лаборатория линейных ускорителей) в статье, опубликованной в журнале Science.

В богатых кислородом океанах углерод перемещается в основном за счет процессов пищевой сети, которые начинаются с фиксирующего углекислый газ фитопланктона, который фотосинтезирует на поверхности воды.

- В большинстве случаев их просто съедает зоопланктон, - сказал Ворон. Но если их не съедают более крупные животные, они направляются в глубины, где они вдыхают углекислый газ и выделяют органический углерод.

—Это как прялка-CO2 идет в планктон, идет в CO2, - сказал Ворон.

Однако в отсутствие зоопланктона и рыбы большая часть тонущего органического углерода может выжить и отложиться на глубине, сказала она. В самом деле, отложения в этих аноксичных зонах обычно содержат больше органического углерода, чем их богатые кислородом аналоги. Но, по мнению исследователей, нам не хватает "полного механистического понимания" того, как это происходит.

-Это было немного загадочно, - сказал Ворон.

У команды действительно была подсказка в виде гипотезы, сформированной около десяти лет назад геологом Университета Южной Дании Доном Кэнфилдом и его коллегами.

"Они выдвинули идею, что, возможно, внутри этих зон микробы все еще едят органический углерод, но дышат сульфатом", - сказал Ворон. Эта идея, получившая название "загадочный цикл серы", была довольно трудной для принятия в основном потому, что продукты этого микробного сульфатредукции (MSR) было трудно обнаружить, а также потому, что другие соединения в этой области, такие как нитраты, были более энергетически благоприятны для метаболизма.

Однако, согласно исследованию, " появляются новые молекулярные и геохимические доказательства того, что МСР может возникать в (кислорододефицитных зонах), несмотря на обильное количество растворенных нитратов."

Исследователи проверили, может ли этот загадочный процесс скрываться внутри больших (>1 мм), быстро тонущих органических частиц, собирая частицы из Восточной тропической Северо-Тихоокеанской кислорододефицитной зоны, примерно расположенной у северо-западного побережья Мексики.

- На самом деле это просто полимерная липкая штука, - сказал Ворон о скоплениях в основном мертвого фитопланктона, фекалий, других мелких организмов и кусочков песка и глины, которые склеиваются в" пушистую "матрицу. Сбор этих частиц сам по себе является достижением для исследователей, прочесывающих огромные океаны в поисках относительно небольших, рассеянных частиц.

"У моих коллег из Вашингтонского университета было такое коллекционное устройство, которое действительно позволило это сделать", - сказала она. Собранные частицы были отправлены на анализ в Стэнфордский источник Синхотронного излучения.

Маринованный фитопланктон

Результаты анализа, такие как доказательства производства органической серы в образцах, демонстрируют то, что ворон называет "травлением" мертвого фитопланктона, когда они погружаются через аноксичную область.

"Фитопланктон растет в поверхностном океане, но из-за гравитации они тонут", - сказала она. Попадая в аноксическую область, эти органические агрегаты подвергаются сульфурации, которая защищает углерод в их ядре от ферментов или других веществ, которые в противном случае могли бы их стереть.

- Даже когда он попадает в осадок, бактерии там не могут съесть эти органические частицы, - заметил Ворон. И точно так же, как маринованные огурцы, которые мы знаем и любим, процесс консервации делает органические частицы устойчивыми к бактериям, сказала она, что может объяснить, почему больше органического углерода содержится в отложениях ниже зон аноксичного океана.

Сернизация органических углеродных частиц в аноксичных океанических зонах, хотя и недавно подтвержденная в современных океанах, на самом деле является древним процессом, объяснил Ворон.

"Это тот же самый процесс, который также может производить нефть", - сказала она, указывая, что там, где находятся нефтяные пласты, также есть сера. Этот процесс, возможно, был широко распространен в меловой период (145,5-65,5 миллионов лет назад), когда Земля была постоянно тропической, а океан подвергался геологическим и массовым вымираниям, которые привели к захоронению огромного количества углерода и аноксичных вод по всей Атлантике.

- Чего мы не знали, так это того, происходило ли это и в менее экстремальных современных условиях, - сказал Ворон.

Что еще предстоит увидеть, так это то, как эти растущие зоны, истощенные кислородом, будут взаимодействовать с изменением климата.

"Потенциально, когда эти зоны расширяются, может возникнуть отрицательная обратная связь—больше CO2 в атмосфере создает более высокие температуры, что делает эти зоны больше", - сказал Ворон. "Эти большие зоны затем улавливают больше CO2 и помещают его в осадок и камни." Эта обратная связь может помочь Земле сбалансировать свой углеродный цикл с течением времени, - сказала она, - но нам нужно знать, как это связано со всем остальным."

ИСТОЧНИК