Железо является важным микроэлементом для фитопланктона, используемым для переноса электронов в ключевых процессах, включая фотосинтез, дыхание, производство хлорофилла и фиксацию углерода и азота.
Таким образом, Fe влияет на морскую биологию от темпов роста фитопланктона и структуры сообщества до более высоких трофических уровней. Fe регулирует первичное производство более чем на 25% и, возможно, на 50% мирового океана.
Экваториальная часть Тихого океана; северная часть субполярной части Тихого океана и южная часть Тихого океана-это регионы, в которых отсутствие железа, в наибольшей степени, сказывается на биологической продуктивности.
Поэтому на глобальное поглощение морского углерода существенно влияет Fe, что делает Fe одним из двигателей океанического углеродного насоса и вызывает обратную связь с окружающей средой.
Большинство фитопланктонных групп могут транспортировать растворенное железо только через свою клеточную мембрану, и многие виды для этого разработали сложные транспортные системы. Циклирование и распределение dFe в океане регулируется химическими, физическими, биологическими процессами.
Основными внешними притоками dFe в океан являются атмосферные отложения пыли, потоки восстановительных отложений и гидротермальные источники. Кроме того, Fe интродуцируется эрозией рек и подземных вод и сбросом вулканического пепла.
В полярных регионах источником Fe являются ледниковые воды, айсберг и морской лед. Fe попадает в свой биологический цикл через поглощение фитопланктона, переносится в пищевую сеть и реминерализуется гетеротрофными организмами на глубине.
В отличие от других питательных веществ, dFe дополнительно удаляется путем продувки отстойников и вертикального выноса биогенного материала из толщи воды, из-за его чрезвычайно низкой растворимости в pH морской воды в присутствии кислорода. Лиганды удерживают Fe в растворенной фазе, в определенной степени смягчая его низкую неорганическую растворимость.
Физический перенос dFe океанскими течениями, т. е. вертикальное перемешивание, набухание богатых Fe-водой масс или перенос специфических признаков лиганда, также влияет на распределение dFe.
За последние десятилетия были достигнуты значительные улучшения в описании глобального распространения dFe, а также частично и органических связывающих Fe-лигандов.
Усилия ГЕОТРАСЕС, которые привели к появлению ВПЛ в 2017 году, также выявили важность многих новых процессов. Например, сильное влияние гидротермальных источников на глубоководное распределение dFe. Однако многие важные процессы, которые влияют на цикл Fe, не имеют достаточных количественных ограничений.
Важными примерами являются сила воздействия источников железа в океан или скорость, с которой dFe теряется из системы в результате продувки.
Следовательно, глобальные биогеохимические модели все еще сильно различаются в описании морского Fe цикла. Это приводит к оценкам времени пребывания dFe, которые варьируются более, чем на порядок величины и часто имеют слишком однородное распределение dFe в глубоководных слоях океана.
Детали распределения концентрации dFe, полученные с помощью GEOTRACES, не содержат большой объем информации, который может быть использован для ограничения количественного представления процессов в сочетании с систематическим изучением параметров.
В данной работе попытаемся понять, какие процессы определяют распределение dFe в Субтропическом Северном Атлантическом океане. Соответствующие местные процессы поглощают биогенные и литогенные частицы, биологическое поглощение, экспорт и реминерализацию.
В качестве района исследования был выбран круизный лагерь GEOTRACES GA03 с Бермудских островов на Кабо-Верде.
Этот регион был выбран поскольку, он является местом очень интенсивного круговорота Fe. Из-за сильного пылеотвода и процветающей биологической активности в регионе мавританского апвеллинга. Здесь интересующие нас процессы, более выражены в сравнении с другими регионами.
В этом технологически ориентированном исследовании круизного участка GA03 будет установлено, как можно воспроизвести некоторые детали распределения dFe путем внедрения новых процессов и изменения существующих параметров процессов, влияющих на Fe-цикл.
Окончательная модель включает в себя влияние поглощения на пыль и не тонущие биогенные частицы, нестационарную концентрацию лиганда и, для полноты, гидротермальный источник dFe.
Для лучшего понимания, будет показан результат достаточно обширного исследования параметров, выбрав только простую последовательность шагов по изменению параметров модели, которые ведут от первоначальной настройки модели к окончательной.