Глобальное потепление не только снижает содержание кислорода в океане, но и способно запустить цепную реакцию, которая ускорит накопление парниковых газов, нарушит круговорот важнейших химических элементов и поставит под угрозу мировое рыболовство. К такому выводу пришла международная группа ученых под руководством исследователей Университета Южной Каролины в США, обобщив результаты многолетних наблюдений и моделирования океанических «мертвых зон» – областей с крайне низким содержанием кислорода.
Ученые изучили так называемые кислородные минимумы – слои воды на глубине примерно от 100 до 900 метров, где содержание кислорода падает ниже 20 микромолей на килограмм, а в центре некоторых таких зон – менее 1 микромоля, что фактически означает его почти полное отсутствие. Сегодня эти зоны занимают около 8% объема Мирового океана, а за последние полвека общее содержание растворенного кислорода уже сократилось примерно на 2%. На первый взгляд эта цифра кажется небольшой, однако речь идет о среднем показателе для всего Мирового океана: в отдельных районах и на некоторых глубинах содержание кислорода снижается значительно быстрее. Наиболее заметно этот процесс проявляется в восточной части Тихого и Атлантического океанов, а также в Аравийском море и Бенгальском заливе.
У деоксигенации океана, то есть постепенного снижения содержания растворенного кислорода, есть несколько причин. Потепление уменьшает способность воды растворять кислород и одновременно усиливает расслоение океана: теплые поверхностные воды хуже перемешиваются с глубинными, поэтому кислород из атмосферы поступает вниз все медленнее. Одновременно повышение температуры ускоряет работу бактерий, разлагающих органические остатки. На этот процесс также расходуется кислород, из-за чего его становится еще меньше. Возникает замкнутый круг: чем сильнее нагревается океан, тем быстрее развивается дефицит кислорода.
Когда кислорода становится слишком мало, меняется сама химия океана. Многие микроорганизмы больше не могут использовать кислород для получения энергии и переходят на нитраты, сульфаты и другие соединения. В результате перестраивается круговорот азота, фосфора и кремния – элементов, от которых зависят продуктивность океана, работа морских экосистем и даже климат Земли.
В первую очередь ученые обращают внимание на изменения азотного цикла. Хотя наиболее бедные кислородом зоны занимают лишь около 0,1% объема океана, именно в них происходит 30-50% глобальных потерь биодоступного азота – вещества, необходимого для роста фитопланктона, который лежит в основе морских пищевых цепей. В результате связанный азот превращается в газообразные соединения и покидает океан, поэтому по мере расширения таких зон поверхностные воды могут становиться менее продуктивными.
Одновременно в ходе этих процессов образуется закись азота (N₂O) – парниковый газ, который примерно в 270 раз сильнее углекислого газа по способности удерживать тепло в атмосфере. Уже сейчас районы, связанные с кислородными минимумами, обеспечивают до 35% океанических выбросов закиси азота. Таким образом деоксигенация оказывается не только следствием глобального потепления, но и фактором, способным его усиливать. Если дефицит кислорода продолжит нарастать, выбросы закиси азота также могут увеличиться, формируя еще одну положительную обратную связь между океаном и климатом.
Не менее серьезные изменения происходят в круговороте фосфора. При отсутствии кислорода донные отложения начинают высвобождать связанный фосфор обратно в воду. Это стимулирует цветение водорослей, а после их отмирания бактерии расходуют еще больше кислорода на разложение органики. В результате возникает еще один механизм самоподдержания «мертвых зон». Подобный процесс уже наблюдается, например, в Балтийском море, где его трудно остановить даже после сокращения поступления удобрений с суши.
Перестройка затрагивает и круговорот кремния, необходимого диатомовым водорослям для формирования панцирей. От того, как быстро растворяются эти кремниевые оболочки после гибели водорослей, зависит работа так называемого биологического насоса – естественного механизма, который переносит углерод из атмосферы в глубины океана. Кроме того, ученые показали, что океанические вихри и такие климатические явления, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, способны быстро переносить бедные кислородом воды на сотни километров и резко усиливать или ослаблять микробные процессы, определяющие химический состав океана.
Согласно выводу исследования, расширение «мертвых зон» в перспективе может привести к сокращению рыбных запасов, прежде всего донных видов, и затронуть продовольственную безопасность миллионов людей, живущих в прибрежных районах. Для более точного прогноза ученые предлагают расширять сеть автоматических наблюдений за океаном, совершенствовать климатические модели и глубже изучать роль морских микроорганизмов в меняющемся климате.
