Извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай (HTHH) в январе 2022 года привело к выбросу около 2,9 млрд тонн вулканического материала в атмосферу и через южную часть Тихого океана. В начале 2022 года научная экспедиция (GEOTRACES GP21) исследовала влияние этого монументального события на биогеохимию поверхностных вод Южно-Тихоокеанского круговорота (SPG).
Ученые сосредоточились, в частности, на изменениях концентрации микроэлементов в океане и их влиянии на морскую жизнь. Результаты этого исследования были опубликованы в Nature Communications.
Для всестороннего анализа последствий извержения исследователи использовали комбинацию передового компьютерного моделирования и точного анализа образцов. Для моделирования распространения вулканического пепла после извержения они использовали компьютерную модель HYSPLIT от Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), федерального агентства США.
Модель имитирует перенос веществ в атмосфере. С ее помощью был рассчитан разброс вулканического пепла на разных высотах в течение 72 часов и траектории движения пепла в течение 315 часов.
В ходе экспедиции SONNE SO289 в рамках международной программы GEOTRACES с февраля по апрель 2022 года исследователи собирали пробы воды по обозначенному маршруту для анализа распределения микроэлементов и их биогеохимических эффектов. Большое количество плавающей тефры, в основном пемзы, было обнаружено и собрано в западной части SPG во время экспедиции.
Используя радиогенные изотопы неодима и концентрации редкоземельных элементов, исследователи смогли идентифицировать выраженный вулканический вклад в западный SPG. Это регион, определенный как основное место отложения после извержения на основе модели рассеивания вулканического пепла. Кроме того, анализы морской воды на изотопы неодима и редкоземельные элементы использовались для отслеживания вулканического вклада и хлорофилла-a в качестве индикатора фитопланктона.
В западной части SPG исследователи обнаружили значительные количества микроэлементов, таких как железо и неодим, которые обычно попадают в океан в минимальных количествах через атмосферную пыль. Извержение вулкана высвободило дополнительно 32 000 тонн железа и 160 тонн неодима. Количество железа эквивалентно тому, что регион обычно получает за год, в то время как количество неодима эквивалентно годовому глобальному поступлению.
«В то же время мы зафиксировали повышенную концентрацию хлорофилла-а в поверхностных водах, что указывает на увеличение роста фитопланктона и, следовательно, биологической активности», — говорит ведущий автор исследования Чжоулин Чжан.
Команда смогла показать, что микроэлементы, высвобождаемые вулканическими извержениями, играют важную роль для морской жизни. Эти элементы, в частности микроэлемент железо, действуют как питательные вещества в океане, которые стимулируют рост фитопланктона.
Фитопланктон играет важную роль в глобальном углеродном цикле, поглощая CO₂ из атмосферы посредством фотосинтеза и сохраняя его в океане. Таким образом, увеличение биологической продуктивности может также улучшить способность океана поглощать CO₂ из атмосферы — процесс, который может иметь долгосрочное влияние на климат.
Исследователи подсчитали, что выброс микроэлемента железа в результате извержения HTHH сопоставим с выбросом железа, вызванным извержением вулкана Пинатубо на Филиппинах в июне 1991 года, когда было выброшено около 40 000 тонн вулканического материала, а примерно через два года после извержения было зафиксировано замедление роста концентрации CO₂ в атмосфере на 1,5 ppm.
Чжан говорит: «Мы считаем, что извержение вулкана Хунга-Тонга может иметь аналогичный эффект».
