Страдали ли вы от депрессии?

В первые дни, да.Особенно во время разрыва моего брака. И это, я полагаю, у всех есть, вы приходите к тому моменту, когда: «Действительно ли оно того стоит?» И у меня были такие мысли. Но, оглядываясь назад, я думаю, что вам нужно добраться до этой позиции, чтобы выбраться, если в этом есть смысл. И я думаю, что это был поворотный момент для меня.

Вы принимали лекарства?

Да, я встретился с доктором, поставил меня прямо. Поскольку я был справедлив, я не мог принимать никаких рациональных решений. Я подумал: «В чем был смысл?» И все были, я чувствовала себя такой одинокой, и у меня были дети, и все накапливалось и накапливалось.И после того, как эти таблетки сработали, прошло несколько месяцев, когда я начал видеть вещи гораздо более ясными и не такими негативными. И это дало мне возможность разобраться, принять некоторые решения, а затем: «Эй, я больше туда не поеду. Я был в этом черном месте. Мне это не нравится. Я не собираюсь снова быть этим человеком ».

Беру, думаю, сейчас 10 миллиграммов. В то время, когда я был наихудшим, мне было где-то около 75, и я постепенно опустился до 10 или 5. И я собирался отказаться от них, но мой терапевт считал, что это лучше, потому что я был стабильным и все в порядке, просто оставайся на небольшой дозе.А также есть много доказательств того, что при заболевании двигательных нейронов химический дисбаланс в мозге заставляет людей часто смеяться неуместно или плакать без промедления. Это настоящая проблема. Так что в некотором смысле антидепрессанты уравновешивают это. Так что небольшая сумма, вероятно, сохраняет эту, ту сторону. Потому что это тоже может быть очень неловко.

Это на самом деле случилось с вами?

Это было в первые дни, когда кто-то говорил что-то по-настоящему расстраивающее, и я начинал смеяться и думал: «Я не должен смеяться над этим.«И это было не смешно, но … и это отталкивает других людей. Или кто-нибудь однажды проходил мимо нас и пошутил, а я расплакался и подумал: «Это жалко. Они тебя не огорчили, так почему ты плачешь? Такие вещи. И это помогло с этой стороной. Поэтому я просто их беру.

Один мужчина начал принимать препарат под названием амитриптилин, чтобы уменьшить избыток слюны. Амитриптилин на самом деле является антидепрессантом, и он обнаружил, что он снижает его эмоциональное возбуждение, а также способствует выделению слюны.

Некоторые люди не хотели или не нуждались в лекарствах и находили другие способы пережить периоды плохого настроения. Стратегии включали выражение своих чувств и обсуждение этого с семьей; поддерживать как можно больше занятий и регулярно выходить из дома; собираетесь в отпуск или поездки; и сознательно бросая вызов негативным мыслям. Некоторые люди использовали эти стратегии вместе с лекарствами.

Люди больше говорят о своем общем подходе к жизни с БДН и о том, как они справляются эмоционально в «Философии, отношении к жизни и сообщениях для других».

Люди, осуществляющие уход, по понятным причинам также будут проходить периоды депрессии. Чувства лиц, осуществляющих уход, более подробно рассматриваются в разделе «Влияние на лиц, осуществляющих уход в семье».

На веб-сайте Ассоциации БДН есть информационный листок, помогающий: 9C: Управление эмоциями, который включает информацию об эмоциональной лабильности.

Последний раз отзыв: август 2017 г.
Последнее обновление: август 2017 г.

границ | Частицы железа с высокой лабильностью, полученные в результате ледниковой эрозии, могут удовлетворить ранее неучтенный биологический спрос: остров Херд, Южный океан,

Введение

В Южном океане сохраняется относительно небольшой рост фитопланктона, несмотря на обилие макроэлементов (фосфат, нитрат + нитрит), из-за нехватки микроэлементов, в основном микроэлемента железа (Fe) (de Baar et al., 2005; Бойд и Эллвуд, 2010). Железо поступает в океан через различные формы выветривания горных пород, и его физическая и химическая форма определяют, могут ли фитопланктон и бактерии использовать его, а затем перерабатывать (Boyd et al., 2017). Анемия Южного океана не встречается повсеместно. Фактически, оазисы изобильной жизни существуют в непосредственной близости от отступающих морских льдов (van der Merwe et al., 2009; Lannuzel et al., 2010, 2016), сложной и мелкой батиметрии (Mongin et al., 2008; Sherrell et al. , 2018), в полыньях (Arrigo et al., 2015), на фронтах ледников (Herraiz-Borreguero et al., 2016) и вслед за островами (Blain et al., 2007; Planquette et al., 2011). Каждую весну и лето крупное цветение фитопланктона распространяется от плато Кергелен на тысячи километров в Южный океан (Schallenberg et al., 2018). Предыдущая работа показала, что выветривание острова Кергелен, ~ 500 км к северу (и к северу от Полярного фронта), и окружающих его мелких плато, снабжают питательными микроэлементами Fe, временно снижая ограничение Fe и способствуя развитию этого цветения (Blain и другие., 2007; Queroue et al., 2015; ван дер Мерве и др., 2015). Однако процессы, которые поставляют Fe в воды, окружающие острова Херд и Макдональд (HIMI), к югу от полярного фронта, расположенные в значительно более холодных водах, не совсем понятны с точки зрения их величины и неустойчивости поставляемого Fe.

На центральном плато Кергелен острова Херд и Макдональд, входящие в состав Австралийской антарктической территории, находятся недалеко друг от друга (рис. 1), но уникальны с точки зрения их геологии и гляциологии.Остров Херд — это действующий вулканический остров, окруженный 12 ледниками. Интенсивное механическое выветривание горных пород в сочетании с подледниковым водным биогеохимическим выветриванием, которое происходит под ледниками, приводит к образованию мелких частиц горных пород, известных как ледниковая мука, которые могут быть с высоким содержанием Fe (II) и Fe (III) (Hawkings et al., 2014; Hopwood et al., 2014; Raiswell et al., 2018). Некоторые ледники на острове Херд оканчиваются прямо в океан, обеспечивая прямой транспортный путь для талой воды, содержащей твердые частицы и растворенное Fe, для удобрения соседней морской воды, как это наблюдалось на Аляске (Schroth et al., 2014). Однако предыдущие исследования поставили под сомнение эффективность удобрения Fe из этого источника, предполагая вместо этого, что большая часть растворенного Fe теряется с глубиной из-за флокуляции почти сразу после попадания в морскую воду (Zhang et al., 2015; Hopwood et al. , 2015, 2016). И наоборот, что подчеркивает сложность этого процесса, флокулированная талая вода может фактически расширять горизонтальный перенос от источника в зависимости от размера, формы и плотности производимых хлопьев (Markussen et al., 2016).

Рис. 1. Карта исследуемого региона во время рейса «Услышанные взаимодействия Земля-океан-биосфера» (HEOBI) в январе и феврале 2016 года. Средняя концентрация лабильных твердых частиц Fe (pFe _lab ) в верхних 100 м на каждой Станция обозначена цветной шкалой, а основные поверхностные токи — голубым. Морские оконечные ледники Даунс (синяя звезда) и Или (оранжевая звезда) также обозначены на острове Херд. Базовыми станциями с низким содержанием Fe были ISP2 и 7, станциями на плато с умеренным содержанием Fe были ISP3 и 4, а нашими прибрежными станциями с высоким содержанием Fe были ISP5, 6 и 10 (остров Макдональд) и ISP8, 9 и 11. (Остров Херд).

Напротив, на острове Макдональд совсем нет ледников, и он также является вулканически активным. Его тлеющие горные вершины являются результатом большого извержения в 1980-х годах, в результате которого размер острова увеличился вдвое (Stephenson et al., 2005). В целом вулканы могут поставлять высоколабильный Fe, содержащий золу, на большие площади океана (Browning et al., 2015). Точно так же подводные гидротермальные жерла в результате химического выветривания флюид-горных пород при высокой температуре и низком pH могут эффективно растворять следы металлов из коренных пород, которые при попадании в насыщенную кислородом морскую воду быстро осаждаются с образованием мелких частиц гидроксида или сульфидов (Mottl and McConachy, 1990; Gartman). и другие., 2014). Кроме того, исследования показали, что часть этих частиц (инертные наночастицы Fe или коллоиды), а также растворенные следы металлов (стабилизированные за счет органического комплексообразования или за счет включения в неорганические или органические коллоиды) могут переноситься на большие расстояния в пределах океана (Lam et al., 2012; Fitzsimmons et al., 2014; Resing et al., 2015). Тем не менее, многие гидротермальные источники встречаются в глубоководных районах, и исследования с использованием моделирования предсказывают значительный вклад в запасы растворенного железа на поверхности (Tagliabue et al., 2010) транспортный путь к мелководным, залитым солнцем зонам остается неясным (Holmes et al., 2017). Очаровательное сочетание ледниковых и свободных ото льда вулканических островов, расположенных рядом друг с другом, является идеальным полигоном для наблюдения за этими уникальными формами поступления следов металлов в окружающий ограниченный железом Южный океан.

Остров Херд активно извергался во время нынешней кампании, и потоки лавы были ясно видны, стекавшие по верхним склонам пика Моусон и над ледниками, только чтобы раствориться во льду на каком-то этапе вниз по склону (рис. 2B).Остров Макдональд также демонстрировал субаэральную вулканическую активность с паром, поднимающимся из фумарол на его боковых склонах. Хотя острова находятся недалеко друг от друга, (43 км) остров Херд (368 км ² ) имеет площадь поверхности на два порядка больше, чем остров Макдональд (3 км ² ). Более того, предыдущие геохимические исследования отметили резкий контраст между фонолитовыми лавами на Макдональде и серией базанит-щелочной базальт-трахит острова Херд (Barling et al., 1994; Quilty and Wheller, 2000).Фонолиты — это необычные экструзивные магматические породы с промежуточным химическим составом с ненасыщенным кремнеземом (SiO ₂ ) и очень высокими щелочами (Na ₂ O + K ₂ O), в то время как базальты и трахибазальты гораздо более распространены среди экструзионных магматических пород ( Куилти и Веллер, 2000). Это интересное сопоставление должно привести к появлению уникальных источников удобрений в окружающих прибрежных водах, однако влияние на отдаленные воды ниже по течению более неопределенное.

Рис. 2. Спутниковый снимок Landsat 8 острова Херд (A) со снимком пика Моусон, остров Херд, сделанный во время рейса HEOBI, врезка (B) . Можно увидеть резкие границы между вытекающими, насыщенными наносами, речными / подледниковыми талыми водами на северо-восточной стороне острова и окружающим океаном. К северу от острова можно увидеть отток воды, начинающийся в начале каждого крупного ледника. Из-за текущих поверхностных течений с востока на северо-восток отложения концентрируются у береговой линии на юго-западе острова, что делает отток менее очевидным.Показаны морские оконечные ледники Даунса (синяя звезда) и Или (оранжевая звезда). Красные стрелки указывают на границу между вытекающей ледниковой водой и морской водой. Исходный спутниковый снимок: Google Earth (earth.google.com/web/), врезка предоставлена ​​Питом Хармсеном (Национальное морское учреждение).

Здесь мы исследуем, обусловливают ли уникальные процессы гидротермальной и ледниковой эрозии поступление следов металлов и их лабильность в высокопродуктивные воды ниже по течению. В частности, является ли ледниковая эрозия и отток подледниковой талой воды основным удобрением для крупномасштабного цветения фитопланктона ниже по течению? В совокупности, какое влияние элементный состав нефтематеринской породы оказывает на результирующую химическую лабильность поставляемых частиц? Наконец, может ли химически лабильный pFe, поставляемый HIMI, удовлетворить ранее неучтенную потребность в Fe на плато ниже островов, где сезонно развивается крупное цветение фитопланктона? Для этого в январе и феврале 2016 года на борту RV Investigator возле HIMI было проведено комплексное обследование водной толщи, взвешенных частиц и нижележащих отложений.Мы используем химическое выщелачивание, как сообщает Berger et al. (2008) и рекомендовано Раушенбергом и Твинингом (2015) для дифференциации химически тугоплавких следов металлов в морских взвешенных частицах от химически лабильных фракций. Это дает некоторое представление о количестве следов металлов, поступающих из этих различных источников, и является одним из факторов, влияющих на доступность микрочастиц металлов для поглощения фитопланктоном.

Материалы и методы

Взвешенные частицы

Все образцы были собраны во время исследования процесса GEOTRACES (GIpr05) в рамках рейса «Услышанные взаимодействия Земли, океана и биосферы» (HEOBI) в январе и феврале 2016 года на борту исследовательского корабля RV Investigator.Обработка, сбор и обработка образцов выполнялись в соответствии с рекомендованными протоколами GEOTRACES с использованием конкретных методологий, используемых в нашей лаборатории, описанных в Bowie et al. (2010). Места отбора проб были выбраны таким образом, чтобы обеспечить контраст между контрольными станциями с низким содержанием Fe, станциями на плато с умеренным содержанием Fe и прибрежными участками с высоким содержанием Fe на островах Херд и Макдональд (рис. 1). Взвешенные частицы собирали с использованием до восьми насосов McLane in situ большого объема (WTS-LV) (далее именуемые ISP), оснащенных двойными держателями фильтров, с высокоэффективными перегородками для значительного уменьшения вымывания пробы при извлечении пробоотборника. (по сравнению с фильтродержателями предыдущего поколения).Взвешенные частицы для анализа следов металлов собирали с использованием парных промытых кислотой фильтров Supor 142 мм, 0,8 мкм, чтобы получить эффективный размер пор 0,4 мкм (Bishop et al., 2012). ISP были развернуты на 12-миллиметровой Dyneema на различной глубине по всей толще воды, и продолжительность откачки обычно составляла 2 часа, в результате чего средний перекачиваемый объем фильтров Supor составлял 170 л. Глубины были выбраны после просмотра профилей проводимости, температуры и глубины (CTD), чтобы можно было отобрать образцы в интересующих областях. Глубины смешанного слоя (MLD) были рассчитаны с помощью пакета gsw_mlp пакета океанографических инструментов Gibbs-SeaWater (GSW) (McDougall and Barker, 2011) с использованием данных непрерывно измеряемых профилей CTD.Этот пакет рассчитывает MLD на основе порогового метода, определяемого как глубина, на которой достигается изменение плотности на 0,03 кг · м ⁻³ или изменение температуры на 0,2 ° C от эталонного значения поверхности, как описано в de Boyer Montégut. и другие. (2004). Данные о температуре и солености были взяты с датчиков Sea-Bird Electronics SBE3T и SBE4C, соответственно, которые были установлены на основной розетке CTD. Флуоресценция хлорофилла была получена с помощью двухканального флуориметра WETLABS FLBBRTD, также установленного на стандартном CTD.Образцы питательных веществ собирали с помощью стандартной розетки CTD. Концентрации NOx (NO ₃ ^— и NO ₂ ^—), NO ₂ ^—, SiO ₄ ^— и PO ₄ ^3- были проанализированы на борту с помощью автоанализатора SEAL AA3 HR (Rees et al., 2019). На протяжении всей этой работы вода сверхвысокой чистоты (UHP) подавалась из Milli-Q Advantage A10 ^® и Q-Pod Element ^® (Merck Millipore).

Последовательное извлечение взвешенных частиц по следам металлов

Химическое выщелачивание, о котором сообщил Berger et al. (2008) и обзор Rauschenberg and Twining (2015) был использован для отделения химически тугоплавкого металлического компонента морских взвешенных частиц от химически лабильной фракции. В обзоре рассмотрены наиболее распространенные методы определения лабильных следов металлов в объеме в пробах взвешенных твердых частиц в морской среде. Основываясь на извлечении элементов и практичности, обзор рекомендовал, что химическое выщелачивание, используемое здесь (подробно описанное ниже), было наиболее подходящим (более подробную информацию см. В Rauschenberg and Twining, 2015).

In situ фильтры насоса (142 мм, Pall Supor PES) были взяты под пробы с использованием изготовленного на заказ Ti, круглого пуансона 47 мм и полиэтиленового молотка над тефлоновой плиткой толщиной 5 мм. Фильтры обрабатывались в вытяжном шкафу с ламинарным потоком ISO 5, в контейнерной чистой комнате сразу после восстановления насоса. Затем образцы фильтров помещали в промытые кислотой чашки Петри и замораживали при -20 ° C до анализа.

В домашней лаборатории отобранные фильтры ISP (47 мм) были сложены на четыре части так, чтобы все частицы материала были обращены внутрь, а затем помещены в промытые кислотой полипропиленовые центрифужные пробирки объемом 15 мл (Falcon ^TM ) для удержания всех свободных частиц. материал внутри фильтра.Один миллилитр 25% (об: об) уксусной кислоты (Seastar Chemicals, Baseline grade) и 0,02 М раствора гидроксиламина гидрохлорида добавляли непосредственно в каждый фильтр в центрифужных пробирках. Затем фильтры немедленно переносили в печь, установленную на 90–95 ° C, на 10 мин. Через 10 минут печь устанавливали на снижение температуры до 30 ° C в течение 2 часов. По истечении этого времени фильтры удаляли промытым кислотой пластиковым пинцетом, оставляя фильтрат позади, и помещали в 15 мл флаконы для переваривания перфторалкоксиалкана (PFA) (Savillex).

Оставшийся выщелачивающий раствор в каждой 15-мл пробирке центрифугировали при 12000 RCF в течение 10 мин. Впоследствии 500 мкл надосадочной жидкости выщелачивали осторожно, не нарушая никаких частиц, которые могли собраться на дне флакона, и помещали в промытый кислотой 15-миллилитровый тефлоновый флакон (Savillex). Любой остаток, который оставался в трубках для фильтрата, смывали во флаконы, содержащие фильтры, 1 мл воды UHP. Затем в пробирку для фильтрата добавляли сто микролитров концентрированной HNO ₃ и весь раствор упаривали досуха при 70 ° C в течение 4 часов.Высушенный продукт выщелачивания затем повторно растворяли в 2 мл 2% HNO ₃ с внутренним стандартом, готовым для анализа SF-ICP-MS. Анализируемый фильтрат в дальнейшем именуется лабильными микрочастицами следов металлов, или для Fe, pFe _lab .

Пробирки, содержащие фильтры и нерастворенный остаток фильтрата, были подвергнуты полному кислотному перевариванию следующим образом. 4 M (после промывки фильтрата UHP 1 мл) смешанный раствор HCl, HNO ₃ и HF (все Seastar Chemicals, Baseline grade) был свежеприготовлен и добавлен по 2 мл в каждый флакон для полного погружения фильтра в соответствии с модифицированным методом. Боуи и др.(2010) и Ohnemus et al. (2014). Заготовки фильтров, которые были установлены на ISP, но не отправлены в океан, были подготовлены таким же образом и прошли весь процесс выщелачивания и анализа, и они представлены в таблице 1. Затем образцы обрабатывали в течение 12 часов при 95 ° C на сушильном шкафу. Конфорка с тефлоновым покрытием (SCP Science Digiprep). По истечении этого времени фильтр был удален и снова промыт водой сверхвысокой чистоты в сосуд для разложения. Затем сосуд для разложения упаривали досуха при 70 ° C в течение ночи.После высыхания добавляли 2 мл 50% (об. / Об.) Кислоты HNO ₃ (Seastar chemical Baseline grade) и снова упаривали досуха. Наконец, 10 мл 2% HNO ₃ с включенным внутренним стандартом индия (In) добавляли в каждый флакон для повторного растворения перевариваемого материала, готового для анализа SF-ICP-MS. Эта фракция далее упоминается как тугоплавкие твердые частицы металлов. Четыре случайных образца были проанализированы в двух экземплярах через полное последовательное переваривание и сравнивались в таблице 2. Шесть случайных подвыборок фильтров были также проанализированы с помощью одного полного переваривания, и результаты сравнивались с суммой лабильных и тугоплавких фракций для обеспечения качества и были представлены в таблице 3.В настоящее время не существует сертифицированных стандартных образцов (CRM), подходящих для такого последовательного выщелачивания, как это, хотя коллеги предпринимают усилия, чтобы исправить это. Здесь мы используем полное усвоение CRM, подробно описанное ниже (см. Раздел «Отложения») для обеспечения качества.

Таблица 1. Бланки и соответствующая статистика для анализа SF-ICP-MS в мкг / л.

Таблица 2. Дублированные подвыборки из фильтров насоса in situ были подвергнуты полному последовательному извлечению следов металлов и показаны для иллюстрации полной ошибки процесса, типичной для анализа.

Таблица 3. Сравнение трех независимых измерений шести повторностей взвешенных частиц, собранных во время рейса HEOBI.

Осадок

Пробы донных отложений были собраны с использованием либо грейферного пробоотборника Смита-Макинтайра, либо земснаряда. Грейфер Smith-McIntyre представляет собой коммерчески доступный пробоотборник донных отложений, в котором используются ведра с пружинным приводом для сбора пробы донных отложений на площади 0,2 м ² . После извлечения небольшую часть осадка удаляли и помещали в промытую кислотой полипропиленовую пробирку объемом 10 мл (Sarstedt) и замораживали при -20 ° C до анализа в домашней лаборатории.Осадок измельчали ​​и гомогенизировали, используя ступку и пестик, затем сушили в течение ночи при 60 ° C. Приблизительно 40 мг отвешивали в тефлоновые сосуды для расщепления на 15 мл. Затем образцы осадка были подвергнуты тому же методу тотального разложения, что и выше (раздел «Последовательная экстракция следов металлов из взвешенных частиц»), с единственной модификацией, заключающейся в том, что к образцам осадка было добавлено 4 мл 4 М раствора кислоты из-за их большего размера. масса. Сертифицированные стандартные образцы MESS-3 и BCR-414 также были обработаны с помощью описанной выше процедуры и проанализированы в трех экземплярах (Таблица 4).Извлечение элементов для Fe, Al, Mn и Ti находилось в пределах аналитической неопределенности сертифицированных значений или значений, указанных в литературе (если таковая имеется). Кислотные холостые пробы готовили, как указано выше, и анализировали в трех экземплярах для определения предела обнаружения (3 × стандартное отклонение холостого опыта) (таблица 1). Среднее значение холостого опыта вычитали из всех измеренных концентраций образцов. Осадки не выщелачивали для определения их химической лабильности.

Таблица 4. Результаты анализа сертифицированных стандартных образцов BCR_414 (пресноводный планктон) на наличие микроэлементов и эталонного материала морских отложений MESS_3 на наличие микроэлементов.

Анализ следов металлов: SF-ICP-MS

Образцы были проанализированы на предмет полного набора из 20 элементов с использованием Thermo Fisher Scientific, Element 2, SF-ICP-MS. Чтобы не терять фокус, мы рассматриваем только Fe, Al, Mn и Ti. Перед анализом на SF-ICP-MS был установлен передний конец с низким уровнем загрязнения, и система была тщательно промыта кислотой. Образцы вводили в систему в виде 2% растворов HNO ₃ в воздушном шкафу с фильтром HEPA. Инструмент работал с активированным защитным электродом, повышая чувствительность в 10-20 раз (Appelblad et al., 2000). Все стандарты и образцы содержали 10 мкг / л In в качестве внутреннего стандарта и были приготовлены волюметрически путем серийного разбавления. Дрейф инструмента в течение каждого дня анализа контролировали с использованием смешанных стандартных растворов с концентрацией 5 мкг / л, периодически анализируя приблизительно после 10 проб. После калибровки смешанного стандарта были проанализированы многократные промывочные растворы 2% HNO ₃ для подтверждения низких фоновых уровней SF-ICP-MS. Дальнейшие детали инструментальных методов были представлены ранее (Bowie et al., 2010).

Растворенное Fe

Полный анализ растворенных микроэлементов во время этого рейса, включая подробные методы, можно найти у Holmes et al. (2019). Все протоколы основаны на стандартных рабочих процедурах GEOTRACES (см. Текстовую сноску 1). Вкратце, растворенные микроэлементы были собраны с использованием розетки из 12 бутылок, очищенной от следов металла, развернутой на безметалловой Dyneema и обработаны в контейнерной чистой комнате. Образцы фильтровали при 0,2 мкм, подкисляли до pH 1.8 (базовый уровень HCl, Seastar Chemicals) и хранился в чистых лабораторных условиях до проведения анализа. Образцы были предварительно сконцентрированы с использованием sea FAST S2 Pico с использованием смолы Nobias PA1 и проанализированы на Thermo Fisher Scientific, Element 2, SF-ICP-MS после интенсивного аналитического контроля качества, как было опубликовано ранее (Wuttig et al., 2019).

SEM изображения

Части фильтров (диаметром 16 мм) прикрепляли к алюминиевым креплениям SEM диаметром 12 мм или 25 мм с помощью двухсторонних липких угольных язычков и покрывали примерно 20 нм углерода с использованием угольного испарителя Ladd 40000.Сканирующая электронная микроскопия (SEM) и энергодисперсионная рентгеновская спектрометрия (EDS) были выполнены на автоэмиссионном SEM Hitachi SU-70, оснащенном системой Oxford AZtec XMax80 EDS в Центральной научной лаборатории Университета Тасмании. Условия электронного пучка: ускоряющее напряжение 15 кВ и ток зонда около 3 нА. Элементный состав можно считать полуколичественным только из-за сложной формы и небольшого размера исследуемых частиц. Рентгеновские спектры EDS часто содержат вклад соседних минеральных зерен и / или подложки фильтра.Небольшой размер частиц также не позволял монтировать их в эпоксидной смоле и полировать до плоской поверхности. Чтобы преодолеть вариабельность в анализах отдельных частиц, было проанализировано приблизительно 50 частиц каждого типа на каждом участке, а затем средний состав был введен в программное обеспечение для идентификации минералов (MinIdent-Win 4, Micronex, Канада) для определения минералогии.

Результаты

Результаты выщелачивания частиц по методу Berger et al. (2008) выявили лабильную фракцию частиц в каждой контрастирующей области в рамках исследования (рис. 3).В целом, большинство микрочастиц металлов, собранных у островов Херд и Макдональд, были тугоплавкими и имели литогенное происхождение. В среднем на острове Макдональд огнеупорность твердых частиц Fe, марганца (Mn) и титана (Ti) составляла 88, 88 и 99% соответственно. Напротив, на острове Херд твердые частицы Fe, Mn и Ti были на 78, 74 и 99% огнеупорными соответственно. В среднем доля тугоплавкого Fe уменьшалась с удалением от островов: 80 и 65% на плато и контрольном участке, соответственно, при рассмотрении всего водяного столба, и в целом уменьшалась с глубиной над плато и контрольными станциями (рис. 3B). .Эта тенденция с удалением от островов вызвана более высокими концентрациями лабильных следов металлов на глубине и менее очевидна или обратима, если рассматривать только поверхностный смешанный слой (рис. 3A). В то время как общее содержание Fe, алюминия (Al), Mn и Ti в твердых частицах было выше на станциях, отобранных вокруг острова Макдональд (рис. 4), доля Fe, которая была лабильной, была значительно выше на острове Херд по сравнению с островом Макдональд (односторонний ANOVA, p <0,01). Фактически, если смотреть на взвешенные частицы в смешанном слое только в четырех интересующих областях (рис. 3A), остров Херда показал значительно более высокую среднюю лабильную фракцию по сравнению со всеми другими участками, включая опорную станцию ​​(односторонний дисперсионный анализ ANOVA, Games-Howell post hoc , p <0.01). Кроме того, в дополнение к тому, что соотношение лабильного и тугоплавкого Fe было выше на острове Херд, абсолютная концентрация лабильного железа в виде частиц (pFe _lab ) также была значительно выше на острове Херд (115 ± 34 нМ, n = 9). по сравнению с островом Макдональд (79 ± 20 нМ, n = 12) (односторонний дисперсионный анализ, Games-Howell post hoc , p <0,01) (Рисунок 5). Хотя эталонная станция показала самую высокую долю среднего лабильного Fe во всем водяном столбе, высоколабильные частицы были обнаружены ниже смешанного слоя на глубинах, обычно связанных с рециклингом доминирующих гетеротрофов (Trull et al., 2008) (Рисунок 3B). Станция плато содержала лабильные фракции Fe в смешанном слое, аналогичные среднему значению на эталонной станции, и более высокие концентрации ниже смешанного слоя.

Рис. 3. Средняя лабильная фракция pFe (соотношение лабильного и рефрактерного pFe) в каждой из контрастирующих областей в рамках исследования. Лабильная фракция pFe показана только в смешанном слое (A) и в пределах полного водяного столба (B) . Показаны медиана стандартной прямоугольной диаграммы (центральная черная линия), 25-й и 75-й процентили (верхний и нижний пределы прямоугольника) и 95% доверительные интервалы (внутренние границы).Выбросы показаны в виде белых кружков и определены как менее чем в 1,5 раза превышающие межквартильный размах. Количество независимых точек данных для эталонного, плато, регионов Макдональда и Херда составляло 3, 2, 8 и 9 для панели а и 15, 13, 12 и 9 для панели (A) , соответственно. Изменчивость, как правило, ниже у островов Херд и Макдональд из-за хорошего перемешивания водяного столба по сравнению с эталонными станциями и станциями на плато.

Рис. 4. Среднее значение, полный столб воды, общее количество твердых частиц (лабильные + тугоплавкие) Al, Ti, Mn и Fe во взвешенных частицах в четырех контрастирующих областях в рамках исследования.Планки погрешностей представляют собой доверительный интервал 95%. Количество независимых точек данных для эталонных регионов, регионов плато, Макдональда и Херд составляло 15, 13, 12 и 9 соответственно.

Рис. 5. Сравнение средней концентрации dFe (синий) и средней концентрации pFe _lab (зеленый) в четырех контрастирующих областях во время исследования. Средние значения полного водяного столба представлены в нМ. Показаны медиана стандартной прямоугольной диаграммы (центральная черная линия), 25-й и 75-й процентили (верхний и нижний пределы прямоугольника) и 95% доверительные интервалы (внутренние границы).Выбросы показаны кружками (<1,5 × межквартильный размах) и звездочкой (> 1,5 × межквартильный размах). Количество независимых точек данных для эталонных областей, областей плато, Макдональда и Херда составляло 15, 13, 12 и 9 для pFe _lab и 16, 14, 12 и 9 для dFe, соответственно.

SEM показал, что минералы, содержащие Ti и Fe, такие как ильменит (FeTiO ₃ ), были повсеместно распространены на прибрежных участках (Рисунок 6B). Некоторые слюды и полевой шпат / щелочно-полевые шпаты (KAlSi ₃ O ₈ — NaAlSi ₃ O ₈ — CaAl ₂ Si ₂ O ₈ ) также наблюдались на о-ве Херд и хотя и с меньшей частотой.На острове Херд, особенно вблизи прямого выхода ледника на станции 9, наблюдались оксиды и / или гидроксиды Fe. Их невозможно отличить с помощью анализа SEM-EDS, поскольку водород (H) не может быть измерен, а величина ошибки измеренного отношения Fe / O неизвестна для грубых мелких частиц. Некоторые оксиды и / или гидроксиды Fe также наблюдались на острове Макдональд, однако на опорной станции не наблюдались. Оксиды или гидроксиды железа с островов Херд и Макдональд наблюдались в диапазоне размеров <1 мкм, простираясь до диапазона размеров наночастиц (<100 нм) (рис. 6A).Небольшие частицы ильменита также наблюдались в диапазоне размеров наночастиц. На контрольной площадке в этом анализе наблюдался только барит (BaSO ₄ ).

Рис. 6. Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа , и соответствующие спектры энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), показывающие элементный состав целевых частиц. Спектры представляют частицы, предположительно являющиеся оксигидроксидами Fe (A) или ильменитом (B) .Элементы, выделенные красным цветом, указывают на неуверенную идентификацию.

Средняя концентрация pFe _lab была низкой на контрольной станции (0,05 ± 0,05 нМ, n = 15) по сравнению со средней концентрацией растворенного Fe (dFe) (0,24 ± 0,17 нМ, n = 16) (рис. 5), тогда как на плато он был немного выше (pFe _lab составлял 1,1 ± 3,0 нМ, n = 13 и dFe составлял 0,31 ± 0,25 нМ, n = 14). Напротив, около острова Херд средняя концентрация pFe _lab была на два порядка выше обогащенной (115 ± 34 нМ, n = 9), чем средняя концентрация dFe (1.8 ± 0,27 нМ, n = 9). Аналогичным образом, на острове Макдональд, pFe _lab составляла (79 ± 20 нМ, n = 12), тогда как средняя концентрация dFe была (1,5 ± 0,44 нМ, n = 12). Мы наблюдали значительную разницу в pFe _lab между островами Херд и Макдональд, а также между опорной станцией и островом Макдональд (односторонний дисперсионный анализ, Games-Howell post hoc , логарифмически преобразованные данные, p <0,01) .

Данные о солености и температуре, полученные от судовых систем на ходу, показали, что поверхностные воды, прилегающие к выходу ледников возле острова Херд, были более пресными и несколько более теплыми, чем остальные поверхностные воды вокруг острова Херд (рис. 7).Напротив, поверхностные воды вокруг острова Макдональд были более солеными и холодными, чем поверхностные воды возле острова Херд или над плато. Вертикальные профили солености и температуры вблизи островов показывают хорошо перемешанную толщу воды, особенно возле острова Херд. Более теплая и свежая вода присутствовала на острове Херд по сравнению с островом Макдональд от поверхности до морского дна (рис. 8). Объединение данных dFe от Holmes et al. (2019) с данными CTD из розетки следов металлов, мы наблюдали значительную положительную линейную зависимость между соленостью и dFe, а также pFe _lab на контрольной и плато станции (таблица 5).Соленость во всем водном столбе значительно коррелирует с NO _X , нитритом (inv), силикатом и фосфатом на контрольной и плато станции, в то время как на мелководье около острова Макдональд соленость коррелирует с NO _X , нитритом (inv) , силикат и обе фракции твердых частиц Fe. Однако вблизи острова Херд наблюдалась значительная обратная линейная зависимость между соленостью и dFe, фосфатом и силикатом на острове Херд, но не на любом другом участке.

Рисунок 7. Поверхностная соленость (A) и температура (B) , измеренная с датчиков движения во время рейса. Обратите внимание на участок пресных (голубовато-голубой) поверхностных вод к северу от острова Херд, непосредственно примыкающий к истоку ледников Даунса (синяя звезда) и Или (оранжевая звезда), заканчивающихся морскими ледниками.

Рис. 8. Профили макронутриентов, температуры и солености, разделенные по регионам исследования. Строка A (ISP8, 9 и 11) — это остров Херд, строка B (ISP5, 6 и 10) — это остров Макдональд, а строка C (ISP2 и 7) — опорные станции.

Таблица 5. Коэффициенты ранговой корреляции Спирмена, значимость и количество независимых точек данных, используемых для каждого измерения для различных параметров, коррелированных с соленостью.

Некоторые четкие различия выявились при рассмотрении соотношения различных следов металлов во взвешенных частицах, собранных вблизи HIMI (рис. 9). Мы наблюдали значительное увеличение соотношения тугоплавких Fe: Al около островов по сравнению с эталонной станцией (односторонний дисперсионный анализ, p <0.01) (рисунок 9). Станции сравнения и плато существенно не различались ни для тугоплавкого, ни для лабильного Fe: Al. Лабильное соотношение Fe: Al было примерно в четыре раза выше на острове Херд по сравнению с островом Макдональд, что в первую очередь было обусловлено очень высокими концентрациями лабильного алюминия в Макдональдсе, но также значительно более высоким лабильным Fe, наблюдаемым на острове Херд (односторонний ANOVA, p ). <0,01).

Рис. 9. Среднее молярное соотношение pFe: pAl водяного столба в четырех контрастирующих областях в рамках исследования.Коробчатые диаграммы показывают фракцию лабильных твердых частиц зеленым цветом, а тугоплавкую фракцию — синим. Среднее значение Fe: Al в образцах горных пород из HIMI показано горизонтальными линиями из Barling et al. (1994). Базанит Биг-Бен и базальт-трахибазальт были собраны из нескольких потоков свежей лавы вокруг центральной части острова Херд, а образцы с полуострова Лоренс были собраны на северо-западном полуострове острова Херд. Образцы фонолитов McDonald были отобраны из свежих лавовых потоков на острове Макдональд (Barling et al., 1994). Показаны медиана стандартной прямоугольной диаграммы (центральная черная линия), 25-й и 75-й процентили (верхний и нижний пределы прямоугольника) и 95% доверительные интервалы (внутренние границы). Выбросы показаны кружками (<1,5 × межквартильный размах) и звездочкой (> 1,5 × межквартильный размах). Количество независимых точек данных для эталонных областей, областей плато, Макдональда и Херда составляло 13, 13, 12 и 9 для pFe _lab и 7, 8, 12 и 9 для тугоплавкого pFe, соответственно.

Спутниковые снимки острова Херд летом показывают четкую границу между вытекающей водой с отложениями и окружающей морской водой (рис. 2A).Резкое очертание, которое берет начало на западной оконечности морского ледника Даунс, может указывать на то, что коричневая загрязненная вода течет из точечного источника. Эта особенность менее очевидна на юго-западной стороне острова Херд из-за доминирующих северо-восточных поверхностных течений, которые концентрируют отток и повторное взвешивание прибрежных отложений на мелководье на береговой линии. Хотя система сложна с приливными потоками и повторным взвешиванием мелководных прибрежных отложений, вероятно, происходящих одновременно, заметный отток на северо-востоке острова, вероятно, происходит от морских конечных ледников Даунса и Или со станцией 9 прямо на пути оттока.Во время нашей оккупации активный вулкан Биг-Бен на острове Херд извергся и послал лаву, текущую по северо-восточным склонам острова, которая впоследствии таяла сквозь лед, создавая каналы вниз по ледникам (рис. 2B).

Концентрация общих (тугоплавких + лабильных) следов металлов во взвешенных частицах на контрастных станциях была сильно смещена в сторону прибрежных станций, расположенных рядом с островами, в то время как опорная станция имела устойчиво низкие абсолютные концентрации взвешенных следов металлов.Станции HIMI были на три порядка выше, чем эталонная станция, по средней общей концентрации pFe, pAl и pTi, и на два порядка выше, чем станция на плато (Рисунок 4). Несмотря на меньший размер и площадь поверхности, образцы, собранные возле острова Макдональд, показали значительно более высокие концентрации pAl и pMn (односторонний дисперсионный анализ, p <0,01), чем на острове Херд, в то время как общие твердые частицы Fe и Ti существенно не различались. Следует отметить, что в районе острова Макдональд было отобрано в среднем 2 станции.8 км от берега, в то время как станции острова Херд были в среднем 5,3 км. Из-за большей площади острова Херд (368 км, ² ) по сравнению с островом Макдональд (3 км, ² ), интегрированные общие поставки всех следов металлов в воды ниже по течению в основном поступают с острова Херд.

Общее содержание Fe в твердых частицах (лабильное + тугоплавкое) нанесено на график над данными трансмиссометра с острова Херд (станции ISP8, 9 и 11) и острова Макдональд (станции ISP5, 6 и 10) на рис. 10. Более высокий коэффициент пропускания света (в процентах) соответствует меньше частиц в водной толще.На острове Херд (особенно на станциях ISP8 и 11) содержание взвешенных частиц и общего pFe в поверхностных водах в целом было выше. Напротив, на острове Макдональд (станции ISP5, 6 и 10) взвешенные частицы и общий pFe в поверхностных водах были в целом ниже. Следует отметить, что этот результат не связан с изменчивостью флуоресценции хлорофилла (которая обычно пропорциональна биомассе фитопланктона), которая была аналогичной на всех прибрежных станциях и немного выше в поверхностных водах на ISP10, остров Макдональд.

Рис. 10. Общее содержание Fe в твердых частицах (лабильное + тугоплавкое) нанесено на график вместе с данными трансмиссометра на островах Херд ( A, B , соответственно) и Макдональд ( C, D , соответственно). Более низкий коэффициент пропускания света означает, что в толще воды больше взвешенного материала. Обратите внимание на контрастные тенденции увеличения pFe и взвешенных частиц с глубиной на острове Макдональд по сравнению с общим уменьшением pFe и взвешенных частиц с глубиной на острове Херд.

Обсуждение

Высокая Fe-лабильность частиц, поступающих с острова Херд

Во время этого исследования на острове Херд наблюдались очень высокие концентрации лабильного pFe по сравнению со всеми другими станциями.Взвешенные частицы, собранные в смешанном слое на острове Херд, имели значительно более высокую лабильность (pFe _lab = 21,5 ± 4,2%, n = 9) по сравнению с островом Макдональд (pFe _lab = 12,1 ± 1,1%, n = 8) (односторонний дисперсионный анализ, p <0,01). Здесь мы исследуем, что могло вызвать эту разницу между островами, разделенными всего на 43 км. EDS и SEM частиц, полученных от HIMI, показали, что, хотя высоко тугоплавкий минерал ильменит, содержащий Ti и Fe, обычно обнаруживался во взвешенных частицах на обоих островах, также были оксиды и / или гидроксиды Fe (Рисунок 6).SEM-EDS не является количественным при использовании на неполированной поверхности, такой как отфильтрованный материал в настоящем исследовании, поэтому прямое сравнение численности было невозможно. Ранее было обнаружено, что оксиды и гидроксиды железа связаны с айсбергами и ледниковыми льдами (Raiswell et al., 2006, 2008; Hawkings et al., 2014; Markussen et al., 2016), и их лабильность сильно варьируется в зависимости от их минералогии и возраста. . Наночастицы оксигидроксида Fe могут быть получены посредством подледниковой эрозии, в результате которой образуются перенасыщенные растворы Fe с множеством ядер кристаллов (Raiswell et al., 2008). Точно так же гидротермальные процессы посредством химического выветривания флюид-породы при высокой температуре и низком pH могут эффективно растворять следы металлов из коренных пород, которые при попадании в насыщенную кислородом морскую воду быстро осаждаются с образованием мелких частиц гидроксида или сульфида (Feely et al., 1996). Низкую химическую лабильность можно ожидать от минералов с решетчатыми и ковалентными связями. И наоборот, более высокую химическую лабильность можно ожидать от минералов с ионными связями или если ионы следов металлов связаны как примеси на поверхности других минералов (Journet et al., 2008). Ильменит, который присутствовал повсеместно в образцах, имеет высокоупорядоченную кристаллическую структуру и, как таковой, является очень тугоплавким. Мы видим эту тугоплавкую природу во фракции с относительно низким средним pFe _lab в толще воды около острова Макдональд (рис. 3A). Напротив, мы наблюдали значительно более высокие фракции лабильного железа у острова Херд. Более высокая доля наночастиц оксигидроксида Fe на острове Херд может объяснить это увеличение лабильности Fe (Poulton and Raiswell, 2005).

Предыдущие исследования показали, что 100% свежих (короткое время выветривания), плохо упорядоченных оксигидроксидов Fe, таких как 2-линейный ферригидрит, можно растворить с помощью экстракции аскорбиновой кислотой, что свидетельствует об относительно высокой химической лабильности (Raiswell et al., 2010). Добавление восстановителя, такого как дитионит, увеличивает химическую лабильность состаренного 2-линейного ферригидрита (Raiswell, 2011) за счет дальнейшего доступа к частицам оксигидроксида и сопоставимо с данными Berger et al. (2008) здесь использовали выщелачивание.Это говорит о том, что в этот выщелоченный компонент обязательно будут включены относительно свежие оксигидроксиды Fe, а также могут быть включены некоторые старые оксигидроксиды с ограниченной непосредственной биодоступностью. Однако по мере обезвоживания оксигидроксидов Fe в процессе старения скорость растворения экспоненциально снижается (Raiswell et al., 2010). Следовательно, вполне вероятно, что оксигидроксиды Fe, которые мы наблюдали в пределах ледникового стока, в 3–7 км от острова Херд, были относительно свежими, что привело к более высокой химической лабильности, которую мы наблюдали, по сравнению с частицами, собранными с плато, ниже по течению от островов.Таким образом, как гидротермализм, так и подледниковая эрозия / отток могут привести к образованию частиц оксигидроксида Fe, которые наблюдались на обоих островах. В то время как общая концентрация микрочастиц металлов в целом была выше на станциях острова Макдональд, pFe _lab была выше на станциях острова Херд, что свидетельствует о различном характере материнской породы, более высокой доле частиц оксигидроксида Fe и / или модификациях, вызванных аутигенными процессами выветривания. .

Отношения Fe: Al взвешенных частиц, наблюдаемые в водной толще, аналогичны материнской породе.Предыдущие геохимические исследования отметили резкий контраст между фонолитовыми лавами на Макдональде и серией базанит-щелочной базальт-трахит острова Херд (Barling et al., 1994; Quilty and Wheller, 2000). Эта разница в типе породы очевидна в молярном соотношении pFe: pAl взвешенных частиц вблизи этих островов, которое значительно различается (односторонний дисперсионный анализ, p <0,01) между островами Херд и Макдональд (рис. 9). Если мы исследуем этот результат дополнительно, разделив данные, мы увидим, что это различие обусловлено именно лабильными микрочастицами металлов в микрочастицах, при этом тугоплавкие микрочастицы металлов не сильно различаются между островами Херда и Макдональда, в то время как лабильная фракция pFe: pAl значительно выше. на острове Херд (односторонний дисперсионный анализ, апостериорный тест Games-Howell , , p <0.01). Напротив, эталонные станции и станции плато не имеют существенно различающихся соотношений pFe: pAl, как и плато и остров Макдональд, если рассматривать только тугоплавкую фракцию. Большая часть этого результата связана с очень высокой лабильностью Al в виде частиц (604 ± 382 нМ, n = 12), наблюдаемой на острове Макдональд, что значительно выше, чем на острове Херд (105 ± 16 нМ, n = 9) (односторонний дисперсионный анализ, p <0,01). Высокая концентрация лабильного Al, наблюдаемая в McDonald, может быть связана с присутствием стеклообразных лав, также идентифицированных с помощью SEM EDS в образцах McDonald, которые были закалены в морской воде до того, как стабильные геохимические связи смогут образоваться между Si, O и Al и, следовательно, могут быстро разрушаются до лабильных глин (Fox et al., 2017). Тем не менее, pFe _lab все еще значительно выше в Херд, несмотря на более высокую общую концентрацию pFe на острове Макдональд. Следовательно, независимо от высокого лабильного Al, наблюдаемого на острове Макдональд, pFe _lab независимо от того был необычно высоким на острове Херд. Хотя для этого анализа были доступны только ограниченные образцы, нижележащие отложения в близлежащих, но не совпадающих местах, отражали результаты, наблюдаемые в водной толще, при этом отложения в Макдональде демонстрировали более низкое молярное отношение Fe: Al по сравнению с островом Херд (0.17, n = 1 и 1,0 ± 0,36, n = 3 соответственно). В отдельном исследовании образцы целой породы были проанализированы на химический состав. Образцы горных пород были взяты с прибрежных станций около HIMI, но опять же не совпадают со станциями ISP. Несмотря на пространственное разделение образцов, анализы выявили средние молярные отношения Fe: Al 0,18 ± 0,05 ( n = 5) и 0,69 ± 0,14 ( n = 7) для островов Макдональд и Херд соответственно (Fox et al. ., 2017). Следовательно, отношения Fe: Al взвешенных частиц, наблюдаемые в толще воды, были примерно такими, как ожидалось при прямом выветривании материнской породы.

Какие доказательства подтверждают наличие ледниковых / речных вод на острове Херд?

Источник пресной поверхностной воды наблюдался возле истекающего ледника к северу от острова Херд (рис. 7). Изменение солености было небольшим (∼0,05), но оно заметно по сравнению с другими измерениями, сделанными вокруг островов. Мы также наблюдали поверхностные воды с низкой соленостью к юго-востоку, ниже по течению от острова Херд. Полные профили солености и температуры воды на острове Херд, хотя и довольно хорошо перемешаны, более свежие и теплые, чем на острове Макдональд (Рисунок 8).Отток талых ледниковых вод может объяснить такую ​​низкую соленость прибрежных вод. Действительно, только на о-ве Херд соленость обратно коррелировала с dFe, силикатом и фосфатом (Таблица 5). Интересно, что для твердых частиц Fe такой корреляции не наблюдалось, что подчеркивает сложность поступления частиц через градиент солености и в сильно турбулентную прибрежную среду. Мы предполагаем, что этот ледниковый источник поставляет Fe как в растворенной, так и в твердой фракциях, однако сложные процессы удаления и осаждения могут по-разному влиять на твердые и растворенные фракции (Zhang et al., 2015). В этом контексте важно отметить, что наночастицы оксигидроксидов Fe в коллоидной фазе будут проходить через фильтрацию 0,2 мкм, если они присутствуют, и, таким образом, будут включены в операционно определяемую растворенную фазу и могут иметь отношение к наблюдаемой нами корреляции между пресной водой и «растворенной фаза ». По этой причине растворенную фазу лучше определить как коллоидный / наночастичный Fe (CNFe) (Raiswell et al., 2018). Экстраполяция корреляций солености растворенных силикатов, фосфатов и dFe с острова Херд на пресноводный конечный элемент позволяет предположить, что концентрации над морской водой составляют ∼1092 ± 188 мкМ, 38 ± 7.4 мкМ и 548 ± 93 нМ соответственно. Этот уровень обогащения растворенным силикатом примерно в шесть раз выше, чем в реках во всем мире (158 мкМ) (Dürr et al., 2011), и примерно в пять раз выше, чем максимальные значения наблюдений в талой воде антарктического ледяного покрова (130–210 мкМ) (Michaud et al. ., 2016) и ближе к уровням аморфного Si, наблюдаемым в талых водах гренландских ледников (120–627 мкМ) (Hawkings et al., 2017). Это подразумевает неконсервативное поступление силиката, возможно, из аморфных частиц Si, транспортируемых в море вместе с талой водой и последующим растворением, и, возможно, за счет ресуспендирования и биотического растворения панцирей диатомовых водорослей, богатых Si (Bidle and Azam, 1999) [SEM-анализ показал очень высокий относительный пропорции (~ 90%) панцирей диатомей во взвешенных частицах вокруг обоих островов (рис. 6)].Предполагаемое обогащение фосфатами выше ожидаемого [в реках обычно меньше фосфатов, чем в глубоководной морской воде, если только они не поступают из удобренных водосборов (Martin and Meybeck, 1979)]. Конечная концентрация dFe хорошо согласуется с предыдущими наблюдениями в ледниковых реках с талой водой [например, 734 нМ в реке Баелва возле ледника на Шпицбергене (Zhang et al., 2015) или диапазон 200–9000 нМ в нескольких реках Гренландии, питаемых ледником (Raiswell et al. др., 2018)]. Хотя стандартная ошибка этих регрессий велика, это предполагает, что связь повышенных уровней питательных веществ с более низкой соленостью вблизи острова Херд может включать несколько механизмов.Подледниковый сток является наиболее вероятным источником пресной воды и предположительно поступает с содержанием dFe, силиката, аморфного Si и других частиц. Возобновление отложений за счет движения каскадов притока пресной воды и сильных приливных течений (Maraldi et al., 2009), а также богатое фосфатом гуано из обильной жизни птиц являются возможными источниками обогащения питательными веществами (Pakhomov and Froneman, 1999). ).

Находясь на участке 9 перед морскими концевыми ледниками Даунса и Или, мы заметили характерное молочное изменение цвета суспензии ледяной муки в поверхностных водах, в то время как в то же время Войтасевич и др.(н.о.) наблюдали очень высокую долю мелких частиц, не относящихся к фитопланктону, с помощью измерений in situ биооптических профилей. Эта аномалия в биооптических измерениях, вероятно, была связана с ледяной мукой, взвешенной в толще воды и потенциально снижающей фотосинтетически активную радиацию до предельных уровней в прибрежных водах (Войтасевич и др., Без даты). В отличие от острова Макдональд, на острове Херд профили трансмиссометра и содержание железа в твердых частицах в толще воды в целом были выше в поверхностных водах (рис. 10А), что свидетельствует о поступлении пресной воды с низким содержанием железа из ледниковых / речных источников. .Кроме того, спутниковые снимки острова Херд показали четкую границу между выходящей водой, содержащей наносы, и окружающими прибрежными водами (рис. 2A), которые видны к северу и северо-востоку от острова Херд. Резкое очертание характерно для точечного истока, такого как талая ледниковая вода или речной сток. Интересно, что извержение на острове Херд, которое произошло во время нашей оккупации, заставило лаву течь по ледникам и в конечном итоге исчезнуть после таяния в ледниках (рис. 2B).Это активное таяние ледников могло вызвать дополнительный приток талой ледниковой воды в окружающие прибрежные воды во время нашей оккупации, что трудно определить количественно. Однако предыдущие исследования показали, что ледник Пайн-Айленд в Западной Антарктиде, район, известный своими высокими концентрациями растворенного и общего растворимого железа, который удобряет большое цветение фитопланктона ниже по течению (Gerringa et al., 2012), находится над значительным источником геотермального тепла. что влияет на его стабильность и увеличивает производство подледной воды (Loose et al., 2018). Этот аналогичный регион показывает, что геотермальное тепло может иметь прямое влияние на поступление микроэлементов в ледниковые водосборы. Однако на острове Херд среднесуточная температура воздуха на уровне моря колеблется от 3,7 до 5,2 ° C летом и -0,8–0,3 ° C зимой, но на высоте более 500 м остается постоянно ниже нуля (Thost and Truffer, 2008), и эти более теплые летние температуры вызывают циклы замораживания-оттаивания и оттока ледниковой талой воды в летние месяцы. Наше занятие (январь – февраль 2016 г.) произошло в середине лета, и поэтому сезонная талая вода могла маскировать дополнительный отток, связанный с геотермальной жарой.

На острове Херд, как и на хорошо задокументированном острове Кергелен, за последние 70 лет средняя температура повысилась на 0,9 градуса (Thost and Truffer, 2008). Кроме того, аэрофотоснимки 1947, 1980 и спутниковые наблюдения подтверждают, что в Херд некоторые ледники отступили на 29% по площади, что соответствует уменьшению толщины на 0,5 м ^–1 с 1947 года (Allison and Keage, 1986; Budd, 2000). ; Thost and Truffer, 2008). Кроме того, отступление ледников в последнее время ускорилось: оценки потери массы льда в начале 2000-х годов вдвое превысили предыдущее 57-летнее среднее значение (Thost and Truffer, 2008), что привело к увеличению оттока талой воды.Следовательно, поскольку ледники на острове Херд продолжают терять массу, первоначальное увеличение подледниковой талой воды может увеличить поступление микроэлементов металлов в окружающие воды. Хотя в задачу данной статьи не входит прогнозирование скорости ледниковой эрозии в будущем при потеплении климата, производство ледяной муки и наночастиц оксигидроксида Fe, по-видимому, связано с наличием ледников на Херд. В то время как воздействие оттока ледников вблизи берега очевидно, то, насколько далеко и в какой форме удобрение микроэлементами распространяется от побережья, требует дальнейшей количественной оценки.

Какие данные подтверждают поставку гидротермальных источников на острове Макдональд?

Хотя явные признаки субаэральной вулканической активности наблюдались как на островах Херд, так и на островах Макдональда, гидротермальная активность вокруг островов была незначительной, и ее влияние на микрочастицы металлов трудно поддается количественной оценке. Растворенные Fe и pFe _lab положительно коррелируют с соленостью в контрольной точке ( R = 0,73, p <0,01 и R = 0,53, p <0.05 соответственно) и плато ( R = 0,80, p <0,01 и R = 0,77, p <0,01 соответственно) станций (таблица 5). Силикат, NOx и как лабильный, так и тугоплавкий pFe также коррелировали с соленостью на острове Макдональд, поскольку все эти переменные увеличивались с глубиной (Рисунки 8, 10). Это контрастирует с профилями около острова Херд, которые в целом были хорошо перемешаны с общим содержанием твердых частиц Fe и dFe в поверхностных водах, что привело к обратной корреляции между соленостью и dFe, силикатом и фосфатом.Для более подробного изучения роли гидротермализма в обеспечении dFe во время этого путешествия см. Holmes et al. (н.о.). Вкратце, усовершенствованные гидролокаторные системы (эхолот Simrad EK60) на борту «Исследователя» использовались для поиска аномалий пузырькового шлейфа, когда судно выполняло подробные батиметрические исследования вокруг острова Херд и Макдональд (Watson et al., 2016). После того, как был обнаружен большой пузырчатый шлейф, была задействована система подводных буксируемых камер для визуального осмотра шлейфов. Хотя вокруг HIMI было обнаружено более 200 пузырьковых шлейфов, все они были низкоэнергетичными, без заметного теплового следа.Испания и др. (2018) предположили, что пузырьковые шлейфы, исходящие из толстых донных отложений возле острова Херд, о чем свидетельствуют изображения профилировщика дна, и газовые карманы в отложениях предполагают метаногенез, как это наблюдалось на Южной Георгии (Römer et al., 2014) . Напротив, на острове Макдональд наблюдались пузырьковые шлейфы, исходящие из участков с тонким (<5 м) слоем донных отложений, а иногда и почти твердой коренной породой с куполообразной морфологией (Watson et al., 2016), аналогично тому, что наблюдалось в мелководных газогидротермальных условиях. поля в гавани Неаполя, Италия (Passaro et al., 2016). Действительно, Lupton et al. (2017) показали, что избыток ³ He наблюдался на нескольких из этих пузырьковых вспышек, особенно в водах, окружающих остров Макдональд. Это явное свидетельство мелкого диффузного выхода в этих водах. Это означает, что метаногенез на острове Макдональд маловероятен, и что исходящие пузыри, вероятно, были источником CO ₂ из диффузных гидротермальных источников, хотя для подтверждения этого требуются дальнейшие исследования.

Гидротермальные пузырьковые вспышки и обогащение микроэлементами глубинных вод наблюдались вблизи острова Макдональд.Когда мы сравниваем концентрацию частиц (по данным трансмиссометра) с концентрациями pFe, мы видим, что взвешенные частицы из ISP5, 6 и 10 возле острова Макдональд обычно увеличиваются с глубиной (Рисунок 10B). И наоборот, взвешенные частицы обычно ниже на глубине вблизи острова Херд (рис. 10А). Хотя повторное взвешивание донных отложений могло бы быть вероятным кандидатом на это увеличение с глубиной в Макдональдсе, изображения профиля дна предполагают, что на острове Макдональд присутствует только тонкий слой донных отложений (Испания и др., 2018). Возможно, что диффузные выбросы и плавучие пузырьковые шлейфы способствуют повторному взвешиванию донных отложений и прямому поступлению осадков из вентиляционных каналов вблизи морского дна в регионе. Пузырьковые шлейфы, полученные в результате метаногенеза, наблюдаемые у острова Херд, похоже, не ресуспендировали глубоководные донные отложения таким же образом, и предполагает, что пузырьковые шлейфы в Макдональде связаны с большим количеством взвешенных частиц. Кроме того, растворенное Fe (II), короткоживущая, восстановленная форма растворенного Fe (III), наблюдалась в высоких отношениях к общему растворенному пулу на участках около острова Макдональд, где также были обнаружены аномалии ³ He (Holmes et al., н.о.), что свидетельствует о гидротермальной активности. Кроме того, станции ISP 10 и 6 (у восточного побережья острова Макдональд), нацеленные на большой пузырьковый шлейф, показали наиболее быстрое увеличение к морскому дну и самые высокие абсолютные концентрации общего pFe, измеренные во время этого рейса, совпадающие с самыми высокими значениями растворенного Fe ( II): соотношение Fe (III) (Holmes et al., Nd) и аномалия ³ He (Lupton et al., 2017). Таким образом, мы делаем вывод, что свидетельства мелководного диффузного гидротермализма были обнаружены около острова Макдональд, однако для количественной оценки более широкого воздействия этого источника на цветение ниже по течению требуется дальнейшее исследование.

Сравнение запасов pFe

Концентрация pFe _lab примерно в 100 раз выше, чем dFe у островов Херд и Макдональд (Рисунок 5), причем Херд показывает значительно более высокие значения pFe _lab по сравнению с McDonald (односторонний ANOVA, p <0,01, рис. 3А). Даже вдали от островов, над плато, pFe _lab (1,1 ± 3 нМ, n = 13) примерно равен dFe (0,31 ± 0,25 нМ, n = 14) и, таким образом, примерно втрое увеличивает запасы Fe потенциально доступно для фитопланктона.Напротив, в смешанном слое на опорной станции pFe _lab (0,02 ± 0,03 нМ, n = 3) вносит лишь небольшую часть общего Fe, потенциально доступного для фитопланктона (dFe + pFe _lab = 0,15 нМ). Поэтому высокие концентрации pFe _lab вблизи островов потенциально являются основным источником железа, и только небольшая его часть должна быть биодоступной для стимулирования роста фитопланктона. Его общее влияние зависит как от его доставки ниже по потоку, так и от фракции, которая является или может стать биодоступной.

Какие процессы важны для доставки pFe

Множественные механизмы влияют на судьбу pFe _lab , когда он транспортируется с островов. Было показано, что pFe часто выводится из смешанного слоя через градиент солености в непосредственной близости от источника (Hawkings et al., 2014; Schroth et al., 2014), но скорости флокуляции и осаждения могут сильно различаться. (Маркуссен и др., 2016). Эта скорость потерь при опускании увеличивается в зависимости от размера и плотности частиц.Закон Стокса предсказывает, что скорость опускания ледяной каменной муки, характерной для диапазона размеров илово-глина, приведет к скорости опускания 0,2–165 мД ^–1 , т. Е. Время пребывания колеблется от менее одного дня до более чем одного дня. год (в слое 100 м). Предпочтительно теряются более крупные частицы с более высокой плотностью. Более мелкие, с меньшей плотностью и потенциально более реактивные частицы, такие как аморфные частицы (Hawkings et al., 2018), будут задерживаться и, таким образом, будут транспортироваться дальше.Таким образом, исходный размер и плотность частиц, содержащих pFe _lab , важны.