Железо является ключевым ограничительным микроэлементом для первичной продуктивности морской среды.
Выпадение вулканической золы в океан представляет собой еще один внешний и пока еще в значительной степени игнорируемый источник железа. В так называемых районах с высоким содержанием питательных веществ и низким содержанием хлорофилла (северная и экваториальная части Тихого океана и Южный океан, на которые приходится около 20% общей площади океана) концентрации макроэлементов высоки, но железо (Fe) является ключевым биологически ограничивающим микроэлементом для первичной продуктивности.
До настоящего времени рассматривались три основных источника поступления железа в океан: подъем глубинных вод океана, адвекция с материковых окраин и атмосферные осадки с осаждением эоловой пыли, которые обычно считаются преобладающими при поступлении внешнего железа в открытый океан.
На северо-востоке Тихого океана поступление железа из источников пыли происходит эпизодически, в зависимости от частоты пыльных бурь и циркуляции атмосферы. По некоторым данным, большая часть повышенной первичной продуктивности моря в открытой северо-восточной части Тихого океана происходит поздней весной и летом, но вероятность переноса пыли из Азии низка поздней весной и как минимум летом. Напротив, вероятность переноса с Аляски (включая Алеутские острова) в летние и осенние месяцы значительно выше, чем из Азии.
Вывод: вулканизм на Аляске также следует рассматривать в качестве потенциального источника железа.
Извержение Касаточи
Летом 2008 г. произошли взрывные извержения трех отдаленных Алеутских островных дуговых вулканов. Первое извержение произошло 12 июля на вулкане Окмок, второе и наименьшее - 21 июля на Кливлендском вулкане. Сообщалось об извержении магмы объемом 0,081 км3 в течение пятинедельного периода извержения вулкана Окмок с начальной высотой колонны 16 км, которая колебалась в течение последующих недель от 2 до 12 км. Самый крупный взрыв этого лета произошёл на вулкане Касаточи(52.17◦ N, 175.51◦ W) 7 и 8 августа с тремя крупными извержениями, которые поднялись на высоту около 15 км. Последний взрыв произошёл 8 августа и длился он около 17ч.
Пепел образует против часовой стрелки спираль на высотах от 9 км до 14 км и распространяется дальше на восток по северо-восточной части Тихого океана. По оценкам, облако Касаточи содержало около 1,5 млн. тонн SO2 (на порядок больше, чем Окмок) и является одним из крупнейших вулканических облаков SO2 после извержения горы Пинатубо на Филиппинах и горы Хадсон в Чили в 1991 году. Спутниковые наблюдения показывают крупномасштабный перенос SO2 через северные широты в августе 2008 года. Поскольку основное количество вулканического пепла оседает в течение нескольких дней вне атмосферы, то большая часть вулканического пепла Касаточи осела в северо-восточной части Тихого океана.
Недавние лабораторные эксперименты показывают, что материал от извержений вулканов, такой как пепел, может воздействовать на MPP за счет быстрого высвобождения железа при контакте с морской водой. Однако прямых доказательств того, что вулканический пепел может вызывать естественное обогащение железом и увеличение содержания фитопланктона, пока не хватает.
Цветение, обнаруженное с помощью спутниковых наблюдений, происходит вскоре после падения вулканического пепла с извержения вулкана Касаточи (Алеутские острова) в августе 2008 года. Поставки железа в такой регион с ограниченным содержанием железа увеличивают содержание хлорофилла (Chl-a), используемого в качестве косвенного показателя поверхностной океанической биомассы, а также существенно влияют на климатически значимый океано-атмосферный обмен химическими микроэлементами, например, углекислый газ, органические аэрозоли углерода и диметилсульфид, образующие сульфатные аэрозоли.
Выводы
Атмосферные и океанические условия благоприятствовали возникновению массового цветения фитопланктона в северо-восточной части Тихого океана, что впервые убедительно свидетельствует о наличии связи между обогащением океана железом и поступлением вулканического пепла.
- Во-первых, две существующие системы, доминирующие в циркуляции северо-восточной части Тихого океана, прибрежное течение Аляски и северооТихоокеанское течение, предлагают благоприятные условия для географической ловушки железа, выделяемого из вулканического пепла в этом регионе.
- Во-вторых, глубина смешанного слоя в августе-сентябре составляет как минимум 20-40м, что сильно ограничивает объем удобряемых поверхностных вод океана.
- В-третьих, стабильная массовая стратификация поверхностных вод океана способствует рециркуляции питательных веществ в смешанном слое, благодаря чему цветение фитопланктона может продолжаться несколько недель.
- В-четвертых, в августе достаточно солнечного света для поддержания производства фитопланктона.