В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Geoscience, выяснилось, что химический состав Мирового океана претерпевает трансформацию. За последние десятилетия ключевые соотношения питательных веществ, критически важные для морской жизни, отклоняются от давно принятой модели Редфилда.
Использованные данные
Используя крупнейший на сегодняшний день глобальный набор данных о стехиометрии океана, исследователи собрали более 56 000 образцов органического вещества и почти 389 000 измерений растворённых питательных веществ, взятых из поверхностных вод на глубине до 1000 метров в период с 1971 по 2020 год.
Основные выводы
Исследователи обнаружили систематические отклонения в молярных соотношениях углерода (C), азота (N) и фосфора (P) — трёх элементов, необходимых для морских экосистем. Впервые предложенное в середине XX века, соотношение Редфилда предполагает фиксированное соотношение 106C:16N:1P в морском органическом веществе. Однако новое исследование, проведённое под руководством учёных из Института окружающей среды Китайской академии наук, показывает, что это соотношение меняется.
За последние 50 лет соотношения C:N:P как в органическом, так и в растворённом состоянии устойчиво изменились, причём наблюдаются чёткие пространственные и временные закономерности. В глобальном масштабе соотношение C:P и N:P у фитопланктона увеличилось, что сигнализирует о растущей ограниченности фосфора в морских экосистемах, в то время как поверхностные воды демонстрируют повышение обогащения углеродом, что отражается в более высоких соотношениях C:N и C:P.
Критический поворотный момент
Исследование выявило критический поворотный момент примерно в 2007 году: после этого года ранее повышавшиеся соотношения C:N и N:P в фитопланктоне начали постепенно снижаться. Исследователи связывают этот сдвиг с увеличением антропогенного поступления фосфора — из сельского хозяйства, сточных вод и промышленных стоков — что изменяет динамику питательных веществ в некоторых регионах.
Глубинные закономерности
Команда также обнаружила отчётливые закономерности, связанные с глубиной. С увеличением глубины океана соотношения растворённого C:N и C:P снижаются, в то время как соотношение N:P возрастает. Это, вероятно, связано с предпочтительной потерей углерода по мере того, как органическое вещество опускается и разлагается, в то время как азот и фосфор остаются в растворённой неорганической форме.
Стабильность соотношения C:N у фитопланктона
Несмотря на более широкие сдвиги, соотношение C:N у фитопланктона оставалось удивительно стабильным в течение 50 лет. Исследователи объясняют это «стехиометрическим гомеостазом» — биологическим механизмом, при котором планктон регулирует поглощение питательных веществ и состав клеток, чтобы противостоять изменениям окружающей среды. Эта стабильность подчёркивает адаптивность морских организмов, даже когда сдвиги обусловлены как физиологическими реакциями, так и перестройкой сообществ.
Вызовы устоявшимся предположениям
Результаты ставят под сомнение давнее предположение о фиксированных соотношениях C:N:P в океане. Исследователи утверждают, что модели Земли и климата должны учитывать динамические, переменные стехиометрические структуры, а не статические соотношения. Игнорирование таких сдвигов может исказить оценки поглощения углерода океаном, ограничений питательных веществ и климатических обратных связей.