Гравитационный углеродный насос в северо-восточной части Чёрного моря. Подходы и решения.

А. А. Целентис, А. В. Федоров

Abstract


Исследован механизм гравитационного углеродного насоса в северо-восточной части Чёрного моря, основанный на сезонной динамике фитопланктона. Показано, что органическая (диатомовые водоросли) и карбонатная (кокколитофорида Emiliania huxleyi) помпы сменяют друг друга, демонстрируя различный экспортный потенциал органического углерода. Методами микроскопии и с учетом закона Стокса проведена оценка скорости оседания частиц. Установлено, что летне-осенние виды диатомей Pseudosolenia calcar-avis и Proboscia обладают максимальной скоростью оседания (до 2,47 м/сут). У агрегатов этих крупных диатомовых водорослей, образующих «морской снег», скорость оседания возрастает более чем на порядок. Виды весеннего цветения – мелкоклеточные диатомеи и единственные представители карбонатной помпы кокколитофориды – остаются в эвфотическом слое длительное время (до 100 суток). Результаты важны для понимания механизмов функционирования биологического углеродного насоса и оценки роли Чёрного моря в глобальном углеродном цикле.


Keywords


Чёрное море; фитопланктон; морской снег; скорость оседания; закон Стокса


Как процитировать материал

References


1. Алимов АФ, Галковская ГА, Винберг ГГ и соавт. Общие основы изучения водных экосистем. Ленинград: Наука; 1979.

2. Дриц АВ. Трофические взаимодействия в планктонных сообществах Чёрного моря. Океанология. 2013;53(5):720-31. DOI: 10.1134/S0001437013050041

3. Кубряков АА, Станичный СВ. Скорости оседания в Черном море по данным буев "Argo". Морской гидрофизический журнал. 2021;(3):45-56. DOI: 10.22449/0233-7584-2021-3-45-56

4. Паутова ЛА, Силкин ВА. Биологический углеродный насос в океане и структура фитопланктона. Экология гидросферы. 2019;1(3):1-12. DOI: 10.24411/2658-3910-2019-00001

5. Силкин ВА. Сезонная динамика фитопланктона северо-восточной части Чёрного моря. Морской экологический журнал. 2019;18(2):45-58.

6. Тернер ДжТ. Экология морского снега и пеллетный транспорт. М: Научный мир; 2015.

7. Томас КР. Идентификация морского фитопланктона. М: Гидрометеоиздат; 1997.

8. Тронсен Й и соавт. Фитопланктон прибрежных вод. СПб: Наука; 2003.

9. Archer D. Ballast hypothesis. Deep-Sea Res Part I. 2002;49:185-204. DOI: 10.1016/S0967-0637(01)00056-9

10. Boyd PW, Claustre H, Levy M et al. Multi-faceted particle pumps drive carbon sequestration in the ocean. Nature. 2019;568:327-35. DOI: 10.1038/s41586-019-1098-2

11. Claustre H, Legendre L, Boyd PW et al. The Oceans’ biological carbon pumps: framework for a research observational community approach. Front Mar Sci. 2021;8:780052. DOI: 10.3389/fmars.2021.780052

12. Doney SC, Fabry VJ, Feely RA et al. Ocean acidification. Ann Rev Mar Sci. 2009;1:169-92. DOI: 10.1146/annurev.marine.010908.163834

13. Falkowski P, Scholes RJ, Boyle EA et al. The global carbon cycle. Science. 2000;290:291-6. DOI: 10.1126/science.290.5490.291

14. Guiry MD, Guiry GM. AlgaeBase. Galway: National University of Ireland; 2023 [cited 2023 Dec 15]. Available from: https://www.algaebase.org

15. Iglesias-Rodriguez MD, Brown CW, Doney SC et al. Representing key phytoplankton functional groups in ocean carboncycle models: Coccolithophorids. Glob Biogeochem Cycles. 2002;16:1-20. DOI: 10.1029/2001GB001454

16. Jiang H, Kanso E. Evolutionary adaptations of dinoflagellates to reduce gravitational sedimentation. Journal of Plankton Research. 2022;44(2):201-15. DOI: 10.1093/plankt/fbab085

17. Komar PD. Settling velocities. J Geol. 1980;88:327-36. DOI: 10.1086/628533

18. Le Moigne FAC. Pathways of organic carbon export. Front Mar Sci. 2019;6:334. DOI: 10.3389/fmars.2019.00334

19. Legendre L, Le Fèvre J. Microbial food webs and the export of biogenic carbon in oceans. Aquatic Microbial Ecology. 1995;9(1):69-77. DOI: 10.3354/ame009069

20. Legendre L, Rassoulzadegan F. Food-web mediated export of biogenic carbon in oceans: hydrodynamic control. Marine Ecology Progress Series. 1996;145:179-93. DOI: 10.3354/meps145179

21. Milliman JD. Production of calcium carbonate. Glob Biogeochem Cycles. 1993;7:927-57. DOI: 10.1029/93GB02524

22. Negrete-García G, Lovenduski NS, Nauri C et al. Sudden emergence of a shallow aragonite saturation horizon in the Southern Ocean. Nat Commun. 2022;13:1452. DOI: 10.1038/s41467-022-28847-y

23. Nowicki M, DeVries T, Siegel DA et al. Quantifying the carbon export and sequestration pathways of the ocean's biological carbon pump. Glob Biogeochem Cycles. 2022;36:e2021GB007233. DOI: 10.1029/2021GB007233

24. Omand MM, Govindarajan R, He J et al. Sinking flux of particulate organic matter in the oceans: Sensitivity to particle characteristics. Sci Rep. 2020;10:1-16. DOI: 10.1038/s41598-020-60424-5

25. Paasche E. Emiliania huxleyi review. Phycologia. 2002;40:503-29. DOI: 10.2216/i0031-8884-40-6-503.1

26. Poulton AJ, Adey TR, Balch WM et al. Relating coccolithophore calcification rates to phytoplankton community dynamics: Regional differences and implications for carbon export. Deep-Sea Res Part II. 2007;54:538-57. DOI: 10.1016/j.dsr2.2006.12.005

27. Sanders R, Henson SA, Koski M et al. The biological carbon pump in the North Atlantic. ProgOceanogr. 2014;129:200-18. DOI: 10.1016/j.pocean.2014.05.003

28. Sarmiento JL, Gruber N. Ocean Biogeochemical Dynamics. Princeton: Princeton Univ Press; 2006.

29. Scanlan DJ, West NJ. Molecular ecology of the marine cyanobacterial genera Prochlorococcus and Synechococcus. FEMS Microbiol Ecol. 2002;40:1-12. DOI: 10.1111/j.1574-6941.2002.tb00930.x

30. Siegel DA, Buesseler KO, Doney SC et al. Global assessment of ocean carbon export by combining satellite observations and food-web models. Glob Biogeochem Cycles. 2014;28(3):181-96. DOI: 10.1002/2013GB004743

31. Siegel DA. The ocean carbon pump. Glob Biogeochem Cycles. 2002;16:1029. DOI: 10.1029/2001GB001765

32. Silkin VA, Pautova LA, Giordano M, Chasovnikov VK, Vostokov SV, Podymov OI, Pakhomova SV, Moskalenko LV. Drivers of phytoplankton blooms in the northeastern Black Sea. Marine Pollut Bull. 2019;138: 274-84 DOI: 10.1016/j.marpolbul.2018.11.034

33. Tréguer P, Bowler C, Moriceau B et al. Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump. Nat Geosci. 2017;11:27-37. DOI:10.1038/s41561-017-0028-x

34. Tyrrell T, Merico A. E. huxleyi blooms. In: Coccolithophores. Berlin: Springer; 2004. P.75-97.DOI: 10.1007/978-3-662-06278-4

35. Volk T, Hoffert MI. Ocean carbon pumps. Geophys Monogr Ser. 1985;32:99-110. DOI: 10.1029/GM032p0099

36. Wagner S, Schubotz F, Kaiser K, Hallmann C, Waska H, Rossel PE, Hansman R, Elvert M, Middelburg JJ, Engel A, Blattmann TM, Catalá TS, Lennartz ST, Gomez-Saez GV, Pantoja-Gutiérrez S, Bao R, Galy V. Soothsaying DOM: a current perspective on the future of oceanic dissolved organic carbon. Front Mar Sci. 2020;7:341. doi:10.3389/fmars.2020.00341. DOI: 10.3389/fmars.2020.00341

37. Wirtz KW. Who is eating whom? Morphology and feeding type determine the size relation between planktonic predators and their ideal prey. Marine Ecol Progr Ser. 2012;445:1-12. DOI: 10.3354/meps09502

38. WoRMS Editorial Board. World Register of Marine Species. Ostend: VLIZ; 2023 [cited 2023 Dec 15]. Available at: https://www.marinespecies.org




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v17i4.1003

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"