Взаимодействие между ртутью и марганцем в арктической морской воде может объяснить удивительное падение уровня ртути, обнаруженное исследователями в Баренцевом море зимой. За последнее десятилетие исследователи многое узнали о полярной ночи — обнаружив все: от того, как крошечные морские существа мигрируют вверх и вниз в море в ответ на слабый свет Луны, до морских птиц, которые ныряют в непроглядно-черный океан, чтобы полакомиться биолюминесцентным планктоном и крилем.

Но что менее известно, так это то, как меняется химический состав воды Северного Ледовитого океана в этот период, когда солнце остается полностью за горизонтом в течение полных 24-часовых суток.

Теперь, в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience, исследователи Норвежского университета науки и технологий (NTNU) сообщают об удивительной тенденции, которую они обнаружили в уровнях ртути в океане во время полярной ночи.

"Мы обнаружили, что общая концентрация ртути в Баренцевом море снизилась примерно на 33% с лета до зимы", - сказал Стивен Г. Колер, кандидат наук в группе морской химии и биогеохимии NTNU на химическом факультете и первый автор статьи.

Первые в истории зимние измерения

Эти измерения являются первыми в истории зимними отчетами об этом элементе в водах Северного Ледовитого океана.

Они были проведены в рамках проекта "Наследие Нансена", 7-летнего совместного проекта 10 норвежских исследовательских институтов, который включает изучение физических и биологических аспектов Баренцева моря в течение всех четырех сезонов.

"Все, что мы сделали и знаем об Арктике до сих пор, полностью основано на том, когда нам разрешили туда поехать, а это было в основном летом", - сказал Колер. "И тот факт, что теперь у нас есть моментальный снимок того, что происходит во время темного периода, дает нам больше понимания всего цикла меркурия".

То, что происходит с уровнем ртути в Арктике, имеет значение, потому что специфическая токсичная форма ртути, называемая метилртутью, может попасть в пищевую сеть.

Это создает риски для здоровья животных, находящихся на вершине пищевой цепочки, таких как белые медведи, а также для коренных жителей севера, которые регулярно употребляют в пищу зараженную рыбу и тюленей.

Но то, что интересует Колера и его коллег, гораздо более фундаментально — они хотят знать основные механизмы, с помощью которых ртуть перемещается в арктических водах.

Искусственные источники ртути переносятся в Арктику по воздуху или по воде. Крупным антропогенным источником атмосферной ртути является сжигание угля. Эта ртуть в атмосфере может осаждаться на поверхности Арктики в результате химических реакций, вызванных солнечным светом. Кроме того, к естественным источникам поступления ртути в Северный Ледовитый океан относятся выбросы в результате таяния вечной мерзлоты в речную воду и эрозия земель.

По мере потепления планеты в течение следующих десятилетий все больше и больше вечной мерзлоты будет таять, высвобождая все больше ртути в арктические воды. Это делает важным понимание того, как ведет себя элемент во всех его различных формах и в течение всего года, сказал Колер.

Колер и его коллеги наблюдали более высокие уровни ртути в поверхностной морской воде в течение лета, потому что солнце встало и все растаяло, от морского льда до рек, которые могут доставлять ртуть в океан.

"Летом здесь теплее. Таким образом, поступает больше речной воды, света в атмосфере, и, следовательно, поступает больше ртути", - сказал Колер.

Таким образом, вы можете ожидать, что зимой, когда Арктика темная и замерзшая, значения ртути останутся прежними, поскольку все вводы были прекращены. Но то, что увидели Колер и его коллеги - снижение общего количества ртути на 33% по сравнению с летними значениями, заставило их искать объяснение.

Очистка от частиц

Колер и его коллеги, в том числе постдок Николас Санчес, также измеряли уровни других металлов в океанской воде, включая железо и марганец.

И они обнаружили, что уровень марганца также снижался зимой. В морской воде марганец может образовывать мелкие частицы, которые затем притягивают ртуть, находящуюся в морской воде, в процессе, называемом продувкой.

Эти частицы могут стать достаточно тяжелыми, чтобы опуститься на дно моря. Исследователи предположили, что эти частицы ответственны за перенос ртути в более глубокие воды и отложения.

"Очистка - это когда частицы, по сути, просто захватывают ртуть из воды и уносят ее с собой", - сказал Колер.

В то время как эта очистка удаляет ртуть из поверхностных слоев, это означает увеличение содержания ртути в отложениях, куда ее приносят частицы марганца.

Это не обязательно хорошая новость, хотя кажется, что так оно и есть.

Как только ртуть попадает в океанские отложения, на нее могут воздействовать бактерии, живущие в отложениях. Эти бактерии могут превращать ртуть в ее токсичную форму - метилртуть.

По словам Колера, все это означает, что более токсичная ртуть может попасть в арктические пищевые сети.

"В будущем повышение температуры, вызванное изменением климата, позволит выделять больше ртути из богатой ртутью вечной мерзлоты вокруг Северного полярного круга в течение лета", - сказал он. "Эта ртуть доставляется в Северный Ледовитый океан по рекам. В результате увеличение количества ртути в поверхностных водах указывает на увеличение количества ртути, опускающейся на глубину зимой, что потенциально может привести к образованию более токсичной метилртути в будущем Северном Ледовитом океане".