Биогеохимический буй Argo выявил сдвиги в циклах азота и углерода в зоне с дефицитом кислорода

Почему скрытые зоны океана важны

Глубоко под поверхностью океана простираются огромные слои воды с крайне низким содержанием кислорода. Эти кислородно-бедные районы тихо контролируют, сколько жизненно важного азота и парникового углерода перемещается через море и возвращается в атмосферу. В этом исследовании прослеживается роботизированный буй в Восточной тропической части Северной Тихого океана почти в течение трёх лет, что показало: химия в этих скрытых слоях оказывается гораздо более изменчивой, чем считали учёные. Работа демонстрирует, как вспышки продуктивности на поверхности, завихрения и микробные сообщества совместно перестраивают баланс азота и углерода в океане во времени.

Дрейф робота в малокислородном море

Исследователи развернули автономный биогеохимический буй Argo в Восточной тропической части Северной Тихого океана, регионе, известном широкой зоной дефицита кислорода. Буй многократно погружался и поднимался по водной колонне, регистрируя кислород, нитрат, нитрит, pH и частицы, богатые органическим углеродом. В течение почти трёх лет он прошёл через условия Ла-Нинья, нейтральные и сильного Эль-Ниньо. Всё это время среднеглубокая полоса воды примерно от 100 до более чем 800 метров оставалась крайне бедной кислородом, что подтверждает: этот регион функционирует как долго живущая «горячая точка» потерь азота.

Исчезающий химический сигнал во тьме

Внутри этой малокислородной полосы команда сосредоточилась на нитрите — кратковременной форме азота, которая появляется и исчезает, когда микробы дышат нитратом и другими соединениями вместо кислорода. В начале записи прослеживался выраженный слой накопления нитрита, признак того, что микробы активно превращали нитрат в нитрит быстрее, чем тот успевал расходоваться. Однако в 2023 и 2024 годах уровни нитрита постепенно снижались, иногда опускаясь ниже предела обнаружения. Одновременно снижался pH и смещались горизонты карбонатной насыщенности, указывая на повышенное образование углекислого газа и изменение буферной способности воды. Эти изменения имели широкое распространение: второй, близлежащий буй зафиксировал такое же падение нитрита, что говорит о региональном сдвиге, а не о локальной аномалии.

Поверхностные цветения и завихрения

Датчики буя также показали сильные колебания растительных планктонов и органических частиц у поверхности. Сезонные цветения и особенно продуктивный период в конце лета 2022 года насыщали верхний океан органическим веществом. Эдди — крупные вращающиеся массы воды — периодически поднимали богатые питательными веществами глубокие воды ближе к свету, подпитывая эти цветения и повышая концентрации хлорофилла и частичного органического углерода. Эти события не только усиливали жизнь на поверхности, но и меняли химический состав вод, опускавшихся в зону дефицита кислорода, влияя на количество «пищи», доступной микробам, которые приводят к потерям азота и высвобождению углерода в темноте.

Микробные пути реорганизуются со временем

Чтобы расшифровать, какие микробные процессы были наиболее активны, исследователи применили стехиометрическую модель материального баланса, связывающую изменения нитрата, нитрита, углекислого газа и щёлочности. Анализ показал, что один этап — восстановление нитрата до нитрита — доминировал в азотных превращениях при всех условиях. При этом другие пути менялись с глубиной и со временем. Когда нитрит был обилен, особенно сильными были окисление нитрита и восстановление нитрата. Во время эпизода с высоким содержанием органического углерода стимулировались денитрификация и анаммокс, процессы, превращающие фиксированный азот в инертный азотный газ, тогда как окисление нитрита ослабевало. При более поздних условиях с низким уровнем нитрита денитрификация стала важнее, что указывает на более восстановительную обстановку, благоприятную для полного удаления азота из системы и образования парниковых газов, таких как закись азота.

Что это значит для меняющегося океана

Эта длинная детальная запись показывает, что зоны дефицита кислорода — не тихие, стабильные «мертвые зоны», а динамичные среды, где азотные и углеродные пути постоянно перестраиваются. Изменения продуктивности планктона, притока органического вещества и физического перемешивания эдди способны переломить баланс между поддержанием доступного азота для морской жизни и его потерей в атмосферу, а также изменить количество углекислого газа, которое эти воды запасают или выделяют. Поскольку ожидается расширение малокислородных регионов из‑за изменения климата, автономные буи и аналогичные инструменты будут незаменимы для отслеживания этих скрытых трансформаций и для улучшения прогнозов о том, как может эволюционировать химия океана, его продуктивность и выбросы парниковых газов.

Цитирование: Bif, M.B., Kelly, C., Altabet, M.A. et al. BGC-Argo float reveals shifts in nitrogen-carbon cycling in an oxygen-deficient zone. Commun Earth Environ 7, 294 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03410-5

Ключевые слова: зоны дефицита кислорода, морской азотный цикл, биогеохимические буи Argo, океанский углеродный цикл, Восточная тропическая часть Северной Тихого океана