Чтобы иметь возможность прогнозировать развитие климата, ученым необходимо знать, какие газы и микроэлементы связаны в океане или выбрасываются в атмосферу и в каких количествах. Однако остается еще много вопросов без ответа, особенно когда речь идет об азоте, который имеет основополагающее значение для образования биомассы. В исследовании, которое сейчас публикуется в международном журнале Nature, морские исследователи из Киля, Бремена и Галифакса показывают, что методы измерения, используемые до сих пор, являются частью проблемы.
Уравнения красивее всего, когда они складываются плавно. Но когда ученые измеряют очень сложные процессы в природе, сравнивают значения и связывают их друг с другом, результаты редко бывают гладкими. Примером может служить баланс азота в океанах. Вопрос в следующем: сколько азота зафиксировано в океане и сколько азота море выбрасывает в атмосферу? «Это важно, в том числе, для того, чтобы иметь возможность прогнозировать дальнейшее развитие климата. Многие организмы нуждаются в азоте, который связывается и превращается в нитрит, нитрат или аммоний для создания генетического материала и клеток. Если эти вещества отсутствуют, организмы не могут связывать углерод, то есть CO2», - объясняет Джули Ларош из GEOMAR | Гельмгольц Центр океанических исследований Киль.
Отклонения азотистого баланса
До сих пор, однако, была очевидная проблема с балансом азота. Оценка многолетних климатических архивов морского дна показала, что за последние 3000 лет в океане было зафиксировано примерно столько же азота, сколько было выброшено из океана. Измерения современных биологических процессов в воде, напротив, привели к выводу, что океан выделяет гораздо больше азота, чем там фиксируется. Таким образом, существовало явное несоответствие между долгосрочной реконструкцией и краткосрочными измерениями.
Еще в 2010 году микробиолог Вибке Мор из GEOMAR указал, что это неравенство, по крайней мере частично, связано с методами, с помощью которых биологические процессы измерялись до сих пор. Затем ученые из GEOMAR и их коллеги из Киля, Бремена и Галифакса протестировали новый метод, предложенный Мором, на образцах из Атлантики. Для своего исследования ученые взяли пробы воды, включая содержащиеся в ней микроорганизмы, немецкими исследовательскими судами METEOR и POLARSTERN в нескольких точках тропической, экваториальной и умеренной частей Южной Атлантики.
Фиксация азота в этих пробах воды была затем измерена в MPI Bremen. Один образец из каждого места был обработан с использованием старого метода измерения, а второй из того же места был обработан с использованием нового метода.«Было ясно показано, что старый, но все еще широко распространенный метод значительно занижает скорость фиксации азота некоторыми микроорганизмами», - объясняет Тобиас Гроскопф из GEOMAR, первый автор исследования. Новый метод показал уровень фиксации, который был на 62-600 процентов выше, чем при измерении с помощью старого метода.
Видовой состав влияет на результат
Großkopf и его коллеги также изучили видовой состав микроорганизмов в GEOMAR и обнаружили связь между доминирующими видами и величиной разницы в измерениях. «Очевидно, что при старом методе измерения результат меняется в зависимости от того, живут ли микроорганизмы у поверхности воды или в более глубоких слоях воды. Благодаря новому методу мы избегаем этой ошибки», - подчеркивает Гроскопф. Однако даже при улучшении возможностей измерения азотфиксации объяснительный разрыв между климатическими архивами и биологическими процессами в океане не может быть полностью ликвидирован.«Это также потому, что мы далеки от знания всех организмов, участвующих в этих процессах», - говорит Гроскопф.
Для Джулии Ларош, возглавляющей рабочую группу GEOMAR, исследование, безусловно, является важным аргументом в пользу тщательного изучения научных методов перед их применением. Еще в феврале 2012 года на международном семинаре в GEOMAR в Киле они выступили за использование во всем мире единых надежных методов для исследования потоков материалов в океане. «Мы должны работать на общей основе в глобальном масштабе, иначе мы не сможем сравнивать результаты», - подчеркивает Ларош.