Океан аккумулирует значительно больше углеродных соединений, чем принято считать, при этом ключевые процессы проходят незаметно для наблюдателя. Между поверхностью воды и дном существуют микроскопические организмы с «броней», которые накапливают кальцит, а затем оседают вниз, унося с собой углерод.
Исследователи десятилетиями связывают этот механизм с долгосрочными изменениями климата, однако точные факторы, определяющие объем вырабатываемого кальцита, долго оставались неясными. Новые данные, полученные из донных отложений Атлантики, позволили приблизиться к ответу. Работа опубликована в Nature Communications.
Речь идет о кокколитофорах — микроскопических морских организмах с растительными свойствами. Они формируют вокруг себя слои кальцита, представляющего собой карбонат кальция. Эти структуры, кокколиты, по составу близки к известняку и меньше толщины человеческого волоса. После гибели организмов они оседают на дно и на длительные сроки «запирают» углерод, влияя на содержание CO₂ в атмосфере.
Такой медленный поток минеральных частиц регулирует углеродный баланс планеты на геологических масштабах времени. Основная трудность заключалась в понимании факторов, заставляющих клетки производить разное количество кальцита.
Лабораторные эксперименты позволяли изучать отдельные штаммы, но не отражали сложность природной среды и масштаб времени. Поэтому ученые из Oxford University обратились к анализу морских отложений напрямую, извлекая образцы с участков Атлантики от субполярных широт до тропиков.
Под микроскопом сохранившиеся кокколиты позволили измерить их количество, размеры, толщину и массу. На основе этих параметров исследователи восстановили темпы роста клеток и интенсивность кальцификации, используя обратные расчеты.
По словам Альбы Гонсалес-Ланчас, ведущего автора работы из Оксфордского университета наук о Земле, метод основан на давно известных микроскопических подходах и не требует новых инструментов.
Суть подхода заключается в том, что старые методы применили к древним отложениям для восстановления биологических процессов и их влияния на углеродный цикл. Анализ показал разделение кокколитофоров на две группы. Первая — мелкие быстрорастущие клетки, вторая — более крупные формы с плотными кальцитовыми пластинами.
При благоприятных условиях температура, свет и питательные вещества синхронно усиливали рост и кальцификацию у мелких видов, обеспечивая быстрое формирование прочной «броневой» структуры. Океан в таких условиях успевал поставлять углерод для одновременного роста и минерализации.
Крупные клетки демонстрировали противоположную динамику: при активном росте их кальцитовые пластины становились тоньше, поскольку потребности в углероде опережали его поступление из среды. Таким образом, быстрый рост сопровождался снижением плотности кальцита.
Исследователи также выделили границу в Атлантике около 40° северной широты. Севернее преобладали крупные виды с более массивными пластинами, южнее — мелкие быстрорастущие формы. Эта зона совпадает с природными различиями температуры, питательных веществ и углеродного состава воды.
На севере скорость кальцификации определяется внутренними химическими процессами клетки, на юге — доступностью и транспортом углерода из окружающей среды.
Океан аккумулирует значительно больше углеродных соединений, чем принято считать, при этом ключевые процессы проходят незаметно для наблюдателя. Между поверхностью воды и дном существуют микроскопические организмы с «броней», которые накапливают кальцит, а затем оседают вниз, унося с собой углерод.
Исследователи десятилетиями связывают этот механизм с долгосрочными изменениями климата, однако точные факторы, определяющие объем вырабатываемого кальцита, долго оставались неясными. Новые данные, полученные из донных отложений Атлантики, позволили приблизиться к ответу. Работа опубликована в Nature Communications.
Речь идет о кокколитофорах — микроскопических морских организмах с растительными свойствами. Они формируют вокруг себя слои кальцита, представляющего собой карбонат кальция. Эти структуры, кокколиты, по составу близки к известняку и меньше толщины человеческого волоса. После гибели организмов они оседают на дно и на длительные сроки «запирают» углерод, влияя на содержание CO₂ в атмосфере.
Различия в структуре кальцита сопоставили с формированием природных кристаллов, где форма зависит от скорости роста. Быстро растущие клетки создают более «разветвленные» структуры, тогда как медленный рост формирует плотные и равномерные пластины.
Медленный темп кальцификации обеспечивает более тяжелую и устойчивую структуру, отражая баланс между биологией клетки и условиями среды. Эти различия связывают размер организмов, скорость их роста и химический состав океана в единую систему.
Новизна исследования заключается в возможности извлекать информацию о биологии организмов из древних осадков, где ранее такие связи не фиксировались напрямую. Теперь кокколиты позволяют восстанавливать параметры роста и кальцификации на основе ископаемого материала.
Метод дает инструмент для реконструкции древнего климата и оценки реакции океанических организмов на изменения углеродного цикла в прошлом. Эти данные помогают понять, как планета реагировала на колебания состава океана на протяжении геологических эпох.
Современные климатические изменения добавляют результатам практическое значение. Потепление океанов и рост концентрации углекислого газа могут изменить баланс кальцификации, сместив условную границу около 40° северной широты.
Состав доминирующих видов и объемы осаждаемого кальцита в будущем океане могут существенно отличаться от современных наблюдений на морском дне.
