Южнотихоокеанский круговорот - South Pacific Gyre

В Южно-тихоокеанский круговорот является частью системы вращающихся океанских течений Земли, ограниченной Экватор на север, Австралия на запад Антарктическое циркумполярное течение на юг, и Южная Америка на восток.[1] Центром Южно-Тихоокеанского круговорота является океанический полюс недоступности, место на Земле, наиболее удаленное от любых континентов и продуктивных океанических регионов, и считается крупнейшей океанической пустыней на Земле.[2] В круговорот, как и в случае с другими четырьмя круговоротами Земли, содержит область с повышенной концентрацией пелагический пластмассы химический осадок, и другие мусор известный как Мусорный участок южной части Тихого океана.[3]

Приток и накопление осадка

Южно-тихоокеанский круговорот.

Земли пассаты и Сила Кориолиса заставляют океанские течения в южной части Тихого океана вращаться против часовой стрелки. Токи действуют, чтобы изолировать центр круговорота от питательных веществ. апвеллинг и мало питательных веществ переносится туда ветром (эоловые процессы ), потому что в Южном полушарии сравнительно мало суши, чтобы поставлять пыль в преобладающие ветры. Низкий уровень питательных веществ в регионе приводит к чрезвычайно низкому первичная продуктивность на поверхности океана и, следовательно, очень низкий поток органический материал оседая на дно океана, как морской снег. Низкий уровень биогенный а эоловые отложения вызывают очень медленное накопление отложений на дне океана. В центре Южно-Тихоокеанского круговорота скорость седиментации составляет от 0,1 до 1 м (от 0,3 до 3,3 фута) на миллион лет. Толщина наносов (от базальтов фундамента до морского дна) колеблется от 1 до 70 м, причем более тонкие отложения встречаются ближе к центру круговорота. Низкий поток частиц в Южно-Тихоокеанский круговорот делает воду там самой чистой морской водой в мире.[2]

Подводная биосфера

Под морским дном морские отложения и окружающие поровые воды содержат необычный подпольная биосфера. Несмотря на чрезвычайно низкое количество захороненного органического материала, микробы живут по всей толще осадка. Средняя численность клеток и чистые нормы дыхание на несколько порядков ниже, чем у других подпольная биосфера ранее изучал.[2]

Подпольное сообщество южно-тихоокеанского круговорота необычно еще и потому, что оно содержит кислород по всей колонке осадка. В других подпольных биосферах микробное дыхание разрушает органический материал и поглощает весь кислород вблизи морского дна, оставляя более глубокие части осадочного столба бескислородными. Однако в круговороте южной части Тихого океана низкие уровни органического материала, низкая скорость дыхания и тонкие отложения позволяют насыщать поровую воду кислородом по всей толще отложений.[4] В июле 2020 г. морские биологи Сообщалось, что аэробный микроорганизмы (в основном), в "квази-приостановленная анимация ", были найдены в органически бедные отложения, возрастом до 101,5 миллиона лет, на 250 футов ниже морское дно в Южно-Тихоокеанском круговороте (САУ) («самое мертвое место в океане») и может быть самые долгоживущие формы жизни когда-либо находил.[5][6]

Радиолитический H2: бентический источник энергии

Предполагается, что бентосные микробы в отложениях с низким содержанием органических веществ в олиготрофных океанических регионах, таких как Южно-Тихоокеанский круговорот, метаболизируются. радиолитический водород (ЧАС2) как первичный источник энергии.[7][2][8]

Океанические регионы в Южно-Тихоокеанском круговороте (СПГ) и других субтропических круговоротах характеризуются низкой первичной продуктивностью поверхностного океана; т.е. они олиготрофны. Центр САУ - самая удаленная от континента океаническая провинция и самая чистая океанская вода на Земле.[2] с ≥ 0,14 мг хлорофилла на м3.[2] Экспорт углерода в глубоководные отложения океана через биологический насос ограничена в SPG, что приводит к скорости седиментации, которая на порядки ниже, чем в продуктивных зонах, например континентальные окраины.[2]

Обычно глубоководные бентосные микробные организмы используют органический углерод, экспортируемый из поверхностных вод. В олиготрофных регионах, где отложения бедны органическим материалом, подповерхностная бентическая жизнь использует другие первичные источники энергии, такие как молекулярный водород (H2).[9][7][2][8]

Радиолиз межклеточной воды

Радиоактивный распад встречающихся в природе уран (238U и 235U ), торий (232Th), и калий (40K ) в донных отложениях совместно бомбардируют поровые воды α, β, и γ радиация. Облучение ионизирует и разрушает молекулы воды, в конечном итоге образуя H2. Продуктами этой реакции являются водные электроны (e−водный), водородные радикалы (H ·), протоны (H+) и гидроксильные радикалы (ОН ·).[8] Радикалы обладают высокой реакционной способностью, поэтому недолговечны и рекомбинируют с образованием пероксида водорода (H2 О2) и молекулярный водород (H2).[9]

Количество радиолитического H2 Производство в донных отложениях зависит от количества присутствующих радиоактивных изотопов, пористости отложений и размера зерен. Эти критерии указывают на то, что определенные типы отложений, такие как абиссальные глины и кремнистые илы, могут иметь более высокий радиолитический H2 добыча по сравнению с другими слоями морского дна.[8] Также радиолитический H2 добыча измерялась по интрузиям морской воды в базальты подпольного фундамента.[9]

Микробная активность

Микробы, наиболее подходящие для использования радиолитического H2 бактерии knallgas, литоавтотрофы, которые получают энергию путем окисления молекулярного водорода через реакция Knallgas:[10]

ЧАС2 (водн.) + 0,5O2 (водн.) H2О (л)[11]

В поверхностном слое кернов отложений из олиготрофных районов СПГ O2 является основным акцептором электронов, используемым в метаболизме микробов. О2 концентрации немного снижаются в поверхностных отложениях (начальные несколько дециметров) и не меняются с глубиной. Между тем, концентрации нитратов немного увеличиваются вниз или остаются постоянными в толще донных отложений примерно на том же уровне, что и в глубокой воде над морским дном. Измеренные отрицательные потоки O2 в поверхностном слое демонстрируют относительно низкую численность аэробных микробов, которые окисляют минимально осажденное органическое вещество из океана выше. Чрезвычайно низкое количество клеток подтверждает, что микробы существуют в небольших количествах в этих поверхностных отложениях. Напротив, керны отложений за пределами SPG показывают быстрое удаление O2 и нитрат на глубине 1 метра ниже морского дна (mbsf) и 2,5 mbsf соответственно. Это свидетельствует о гораздо более высокой микробной активности, как аэробной, так и анаэробной.[8][2]

Производство радиолитического H2 (донор электронов) стехиометрически сбалансирован с образованием 0,5 O2 (акцептор электронов), поэтому измеримый поток в O2 не ожидается в субстрате, если одновременно происходит радиолиз воды и бактерий кноллгаза.[8][2] Таким образом, несмотря на известное наличие радиолитического H2 Молекулярный водород ниже обнаруживаемого предела в ядрах СПГ, что позволяет предположить, что H2 является основным источником энергии в донных отложениях с низким содержанием органических веществ ниже поверхностного слоя.[8][2][7]

Цвет воды

спутниковое изображения данных показывают, что некоторые области в круговороте более зеленые, чем окружающая их прозрачная голубая вода, что часто интерпретируется как области с более высокой концентрацией живых фитопланктон. Однако предположение, что более зеленая вода океана всегда содержит больше фитопланктона, не всегда верно. Несмотря на то, что Южно-Тихоокеанский круговорот содержит эти участки зеленой воды, рост организмов в нем очень невелик. Вместо этого некоторые исследования предполагают, что эти зеленые пятна являются результатом накопленных отходов морской жизни. Оптические свойства круговорота южной части Тихого океана остаются в значительной степени неизученными.[12]

Мусорный участок

Этот раздел представляет собой отрывок из Мусорный участок южной части Тихого океана[редактировать]
Южнотихоокеанский круговорот можно увидеть в отсутствии океанических течений у западного побережья Южной Америки. Карта океанских течений 1943 года
Это фото демонстрирует разлет пластиковых осколков разного размера.
Визуализация потока загрязнителей океана
В Мусорный участок южной части Тихого океана область океана с повышенным уровнем морской мусор и загрязнение пластиковыми частицами в океане пелагическая зона. Этот район находится в южно-тихоокеанском круговороте, который простирается от вод к востоку от Австралия к южноамериканец континента, на север до Экватор, и на юг до Антарктическое циркумполярное течение.[13] Разложение пластика в океане также приводит к повышению уровня токсичных веществ в этом районе.[14] Участок для мусора был подтвержден в середине 2017 года, и его сравнивали с Большой тихоокеанский мусорный комплекс состояние в 2007 году, омолодив бывшего на десять лет. Мусорный участок южной части Тихого океана[когда? ] невозможно обнаружить с помощью спутников или других визуальных средств, так как большинство частиц меньше рисового зерна.[нужна цитата ]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Ловелл, Клэр. «Кто-нибудь дома? На Тихоокеанском этаже мало отклика». Разведка Америки 22 июня 2009 г .: п. стр. Интернет. 17 октября 2009 г.
  2. ^ а б c d е ж г час я j k Д'Хонд, Стивен; и другие. (Июль 2009 г.). «Подводные отложения в южно-тихоокеанском круговороте - одном из наименее населенных мест на Земле». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 106 (28): 11651–11656. Bibcode:2009PNAS..10611651D. Дои:10.1073 / pnas.0811793106. ЧВК  2702254. PMID  19561304.
  3. ^ Монтгомери, Хейли (28 июля 2017 г.). «В круговороте южной части Тихого океана находится огромное количество мусора». Inc., Pelmorex Weather Networks. The Weather Network N.p., н.д.. Получено 14 августа 2017.
  4. ^ Фишер, Дж. П. и др. «Проникновение кислорода глубоко в отложения южно-тихоокеанского круговорота» Biogeoscience (август 2009 г.): 1467 (6). http://www.biogeosciences.net/6/1467/2009/bg-6-1467-2009.pdf
  5. ^ Ву, Кэтрин Дж. (28 июля 2020 г.). «Эти микробы, возможно, выжили 100 миллионов лет под морским дном - спасенные из их холодных, тесных и бедных питательными веществами домов, бактерии проснулись в лаборатории и выросли». Получено 31 июля 2020.
  6. ^ Мороно, Юки; и другие. (28 июля 2020 г.). «Аэробная микробная жизнь сохраняется в кислородных морских отложениях возрастом 101,5 миллиона лет». Nature Communications. 11 (3626). Получено 31 июля 2020.
  7. ^ а б c Sauvage, J; и другие. (2013). «Радиолиз и жизнь в глубоких приповерхностных отложениях Южно-Тихоокеанского круговорота». Тезисы докладов конференции Goldschmidt 2013: 2140.
  8. ^ а б c d е ж г Блэр, СС; и другие. (2007). «Радиолитический водород и микробное дыхание в подземных отложениях». Астробиология. 7 (6): 951–970. Bibcode:2007AsBio ... 7..951B. Дои:10.1089 / аст.2007.0150. PMID  18163872.
  9. ^ а б c Дзаугис, МЭ; и другие. (2016). «Производство радиолитического водорода в подводном базальтовом водоносном горизонте». Границы микробиологии. 7: 76. Дои:10.3389 / fmicb.2016.00076. ЧВК  4740390. PMID  26870029.
  10. ^ Синглтон П. и Д. Сейнсбери (2001). «Водородокисляющие бактерии (« водородные бактерии »; бактерии knallgas)». Словарь по микробиологии и молекулярной биологии. 3-е изд.
  11. ^ Поправьте JP и EL Shock (2001). «Энергетика общих метаболических реакций термофильных и гипертермофильных архей и бактерий». Обзор микробиологии FEMS. 25 (2): 175–243. Дои:10.1111 / j.1574-6976.2001.tb00576.x. PMID  11250035.
  12. ^ Клаустр, Эрве; Мариторена, Стефан (2003). «Множество оттенков синего океана. (Наука об океане)». Наука. 302: 1514–1515. Дои:10.1126 / science.1092704. PMID  14645833.
  13. ^ "Южно-тихоокеанский круговорот - Коррентес Океаникас". Сайты Google.
  14. ^ Барри, Кэролайн (20 августа 2009 г.). "Пластик в океане быстро разрушается". Национальное географическое общество.