Деградация органических веществ приводит к обогащению органических загрязнителей хадаловыми отложениями.

Nature Communications, том 14, Номер статьи: 2012 (2023) Цитировать эту статью

2751 Доступов

454 Альтметрика

Подробности о метриках

Захоронение стойких органических загрязнителей (СОЗ), таких как полихлорированные дифенилы (ПХД), в глубоководных отложениях составляет 60% их исторических выбросов. Однако эмпирические данные об их распространении в глубинах океана скудны. Поэтому оценки глубоководного стока СОЗ являются неопределенными. Желоба Хадал, представляющие самую глубокую часть океана, являются горячими точками захоронения и разложения органического углерода. СОЗ благоприятно распадаются на органический углерод, что делает траншеи, вероятно, значительными поглотителями загрязняющих веществ. Здесь мы показываем, что ПХБ встречаются как в хадальных (7720–8085 м), так и в нехадальных (2560–4050 м) отложениях желоба Атакама. Концентрации ПХБ, нормированные по сухому весу отложений, были одинаковыми на разных участках, тогда как концентрации, нормированные по органическому углероду отложений, увеличивались экспоненциально по мере увеличения доли инертного органического углерода в отложениях в деградированных хадальных отложениях. Мы предполагаем, что уникальная динамика отложений и повышенный оборот органического углерода в хадальных впадинах увеличивают концентрации СОЗ в самых глубоких местах Земли.

Стойкие органические загрязнители (СОЗ) искусственного происхождения встречаются повсюду на Земле, включая глубокие океаны1,2,3,4,5. Эти опасные вещества обладают физико-химическими свойствами, которые делают их стойкими в окружающей среде и переносящимися на большие расстояния6. Таким образом, СОЗ могут нанести вред морской жизни вдали от их источников и спустя долгое время после того, как их использование было запрещено и первичные выбросы прекратились. Например, глобальные выбросы промышленных химикатов — полихлорированных бифенилов (ПХД) — значительно сократились, когда они были запрещены в середине 1970-х годов7. Тем не менее, недавно было продемонстрировано, что ПХБ угрожают воспроизводству и жизнеспособности более 50% мировых популяций косаток – почти через пять десятилетий после того, как их использование и выбросы достигли пика8. Известно, что ПХБ вызывают серьезные последствия для здоровья как людей, так и животных. Они наносят вред репродуктивной и иммунной системам и являются канцерогенными (Стокгольмская конвенция). ПХД биоаккумулируются и в результате могут достигать вредных концентраций у потребителей, находящихся на вершине пищевой цепи, включая людей.

Большинство СОЗ плохо растворимы в воде и легко распределяются до органического углерода в толще воды. Например, ПХБ концентрируются примерно в 1 000 000 раз при переходе из воды в фитопланктон9. Биологический насос способствует вертикальному экспорту СОЗ, сорбированных частицами, с поверхности океана в глубоководные слои и, в конечном итоге, в донные отложения10. Вертикальные профили СОЗ в водной толще Северного Ледовитого океана показали увеличение концентрации с глубиной в результате переноса с тонущими частицами в сочетании с длительным временем пребывания в глубоководных слоях Арктики1,11. Другие исследования, проведенные в Атлантическом и Индийском океанах на глубине до 3000 м3,12, пришли к выводу, что океанские течения могут играть важную роль в переносе СОЗ в более глубокие слои воды. Глубокие океаны считаются значительным поглотителем СОЗ10, а захоронение ПХБ в океанских отложениях, по оценкам, соответствует 60% совокупных выбросов с начала их производства в 1930-х годах2. Однако эти оценки основаны на очень ограниченном количестве измерений на глубине океана, и практически нет никаких эмпирических данных о наличии СОЗ в отложениях из самой глубоководной части океана.

Желоба Хадала представляют собой самую глубокую часть мирового океана, простирающуюся на глубину от 6 до 11 км и занимающую площадь 3,44 × 106 км2, что соответствует примерно 1% дна океана13. Системы траншей действуют как коллекторы органического материала. Этому процессу способствуют внутренние сейши, вызванные приливами14, и гравитационное перемещение осадков вниз по склону15. Помимо более непрерывного переноса материала вниз по склону, вдоль оси траншеи может произойти отчетливое внезапное перемещение больших количеств ранее отложенного материала, обычно вызываемое землетрясениями. Детальное исследование профилей 210Pbex (гамма-спектрометрия избыточного 210Pb) показало, что такие события «истощения массы» вносят значительный вклад в осаждение материала в желобе Атакама15. Хадаловые отложения содержат большое количество микробной жизни, которая процветает при экстремальном гидростатическом давлении16,17,18 и, как было обнаружено, поддерживает более высокие скорости разложения органического углерода по сравнению с прилегающими абиссальными отложениями, и эти скорости часто масштабируются в зависимости от значений, встречающихся на континентальных склонах и окраинах19 , 20. Однако темпы хадальной минерализации углерода значительно различаются внутри и между системами траншей в зависимости от i) продукции поверхностного океана19, ii) местной батиметрии и гидрографических условий, которые могут фокусировать или отсеивать отлагающийся материал14 и iii) возникновения нечастых событий потери массы, перемещающих реликтовые, но также и свежие лабильный органический материал по оси траншеи19,21.