Наблюдательное исследование потенциального влияния сухого выпадения неорганического азота на первичную продукцию поверхности моря в субтропической западной части Северной Пацифики

Почему небо важно для жизни в океане

Вдали от рек и побережий открытый океан по‑прежнему нуждается в постоянном притоке питательных веществ для питания микроскопических растений — фитопланктона, которые поддерживают почти всю морскую жизнь и помогают поглощать углекислый газ из воздуха. В этом исследовании задают простой, но важный вопрос: могут ли невидимые частицы азота, выпадающие из атмосферы, существенным образом стимулировать рост этих морских растений в удалённом, бедном питательными веществами участке западной части Северной Пацифики?

Тихий океан, испытывающий нехватку пищи

Исследователи сосредоточились на субтропическом регионе западной части Северной Пацифики, который известен своей бедностью по питательным веществам, особенно по соединениям азота, необходимым фитопланктону для роста. Во время научного рейса в марте 2021 года они собрали приповерхностную морскую воду в трёх близких точках. Измерения показали, что растворённые формы азота, такие как нитрат, нитрит и аммоний, были исключительно редки на поверхности и на глубинах в десятки метров, тогда как фосфор был относительно более доступен. Хлорофилл‑а, пигмент, используемый как прокси для плотности фитопланктона, был очень низким у поверхности и достигал максимума глубже, что согласуется с тем, что растения испытывали дефицит азота в освещённом поверхностном слое. Сообщество было доминировано крошечными пикофитопланктонными организмами, типичными для вод, лишённых питательных веществ.

Проверка скорости роста океанских растений

Чтобы оценить активность поверхностного фитопланктона, команда провела контролируемые фотические эксперименты с собранной вёдрами морской водой. Добавив стабильный углеродный трейс и подвергая образцы различным уровням освещённости, они построили кривые зависимости фотосинтеза от света. По ним рассчитали максимальную скорость фотосинтеза для каждой точки. Хотя все три площадки были схожи по дефициту азота и составу планктонного сообщества, максимальная скорость на третьей площадке была примерно на 30% выше, чем на первой, а оценённый потенциальный суточный углеродный прирост у поверхности был примерно вдвое больше. Это указывало на то, что что‑то помимо подкормки из глубинных вод, которая была минимальна, могло подпитывать поверхностный слой.

Отслеживание азота, падающего из воздуха

Затем команда использовала высокоразрешающую модель качества воздуха и погоды, чтобы оценить, сколько неорганического азота из атмосферы осело на море в течение 24 часов до взятия каждого образца воды. Они учли несколько форм азота, включая газовые и связанные с частицами виды, и различали влажные и сухие выпадения. В период исследования дождей практически не было, поэтому доминировало сухое выпадение. Модель показала, что третья точка получила более чем в три раза больше атмосферного азота, чем первая, в день перед взятием проб, а вторая точка находилась между ними. Большая часть этого поступления приходилась на крупные нитратные частицы, образованные из загрязняющих веществ, транспортированных из Восточной Азии и реагировавших с морской солью в аэрозолях над океаном.

Связывание выпадающего азота с дополнительным ростом

Предположив, что внесённый неорганический азот в полной мере доступен для фитопланктона, авторы перевели смоделированный поток азота в эквивалентный потенциальный углеродный прирост, используя стандартное соотношение азота к углероду в морской биомассе. Затем они сравнили эту оценку производства, вызванного азотом, с потенциальным поверхностным производством, основанным на измеренных скоростях фотосинтеза и уровнях хлорофилла. По трём площадкам оба набора показателей росли и падали синхронно: там, где с неба выпадало больше азота, потенциальная продукция поверхностного слоя была выше. Простая линейная аппроксимация между этими величинами показала сильную корреляцию, что подразумевает: недавно осевший атмосферный азот может объяснять большую часть наблюдаемых различий в продуктивности поверхностных вод, даже несмотря на близость точек и схожую бедность питательных веществ в глубине.

Что это значит для меняющегося океана

Для непрофессионального читателя вывод таков: атмосфера — не просто пассивный купол над морем; она активный поставщик удобрений, который может заметно влиять на то, сколько жизни поддерживает поверхность океана, по крайней мере в этой части Тихого океана. По мере того как изменение климата усиливает стратификацию верхнего океана и затрудняет подъём питательных веществ из глубины, этот атмосферный путь может стать ещё важнее. Хотя исследование охватывает только три точки и фокусируется на одном виде питательного вещества и одном механизме доставки, оно даёт редкие прямые наблюдательные доказательства того, что порции азота, стекающие с загрязнённого материка, могут помогать поддерживать микроскопические морские растения в иначе лишённых питания водах. Лучшее понимание этой связи будет ключевым для прогнозирования будущей морской продуктивности и роли океана в поглощении углерода из атмосферы.

Цитирование: Taketani, F., Matsumoto, K., Sekiya, T. et al. An observational case study for inorganic nitrogen dry deposition potential on sea-surface primary production in the subtropical, western North Pacific. Sci Rep 16, 9068 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39401-x

Ключевые слова: атмосферное внесение азота, океанская первичная продукция, субтропическая часть Тихого океана, фитопланктон, морские питательные вещества