Океан – это углеродный туалет. Морские тепловые волны засоряют его.

На планете было бы намного жарче, если бы не фекальные гранулы. В мировом океане крошечные организмы, известные как фитопланктон, собирают солнечную энергию, поглощая углекислый газ и выделяя кислород. Их едят маленькие животные, называемые зоопланктоном, которые выделяют гранулы, которые опускаются на морское дно. По сути, это гигантский туалет, который смывает углерод с поверхности в глубину, где он остается изолированным от атмосферы, таким образом контролируя количество CO2 там.

Но по мере того, как люди выбрасывают в небо все больше углерода, неустанно повышая температуру океана, появляются тревожные сигналы о том, что этот «комод» может кардинально измениться. Возьмем, к примеру, северо-восточную часть Тихого океана, у побережья Аляски, где море охватило две крупные волны тепла: одна с 2013 по 2015 год, а другая с 2019 по 2020 год. Новое исследование показало, что эти два события изменили состав фитопланктона и зоопланктона, по существу засорив туалет и предотвратив перенос углерода вниз на глубину.

«Эти долгосрочные исследования помогают поместить все в контекст, а также действительно бить тревогу», — сказала Аня Штайнер, кандидат наук в области биологической океанографии в Океанографическом институте Скриппса, которая не участвовала в исследовании. “Океан меняется. И это не только повлияет на океан, но и на жизнь в океане. И в конечном итоге это повлияет на нас, потому что мы полагаемся на океан как источник воздуха, еды и регулирования климата”.

Конечно, каждая часть мирового океана имеет свой уникальный химический, биологический и экологический состав, поэтому то, что там происходит, может происходить не везде. Но из-за этих всплесков тепла способность этой части моря снижаться в способности связывать газ, нагревающий планету. Это опасная ситуация, учитывая, что океаны улавливают четверть выбросов CO2 человечества. «Хотя мы можем обобщить, что, возможно, то, что мы видели здесь, может произойти в целом с другими морскими волнами тепла в океане, такими как накопление углерода, я думаю, что важно оценить это и на региональном уровне», — сказала Коллин Келлог, микробный океанограф из канадского Института Хакаи и соавтор статьи, которая опубликована сегодня в журнале Nature Communications.

Исследователи использовали десятилетние данные с биогеохимических поплавков «Арго», которые автономно перемещаются вверх и вниз по толще воды, считывая показания химического состава океана. Когда они достигают поверхности, они отправляют эти данные на спутник. Таким образом, ученые получили 10-летний поток показаний без необходимости постоянно находиться на лодке в северо-восточной субарктической части Тихого океана, которая не славится гостеприимными зимами.

Две волны тепла в океане начались так же, как те, которые мы наблюдаем на суше, с нагревания атмосферы. Действительно, океан поглотил 90 процентов дополнительного тепла, созданного людьми. Соответственно, хотя в XIX веке лишь 2 процента поверхности океана испытывали приступы экстремальных температур, эта цифра составляет сейчас значительно превышает 50 процентов. Такие мероприятия будут только расти более распространенный и более интенсивный если только человечество резко не сократит выбросы парниковых газов, причем быстро. Так получилось, что северная часть Тихого океана снова оказалась бьет рекорды за последнее времявозможно, отчасти из-за принятых в 2020 году правил, сокращающих количество аэрозолей, вырабатываемых кораблями, которые обычно охлаждают планету, отражая солнечную энергию обратно в космос.

Как и наши самые свирепые атмосферные порывы жары, отсутствие ветра во время этих двух событий еще больше усугубило ситуацию. Обычно после того, как морская вода прогреется весной и летом, зимние ветры дуют по поверхности, толкая ее вперед. Это заставляет более глубокие и холодные воды устремляться вверх, чтобы заполнить пустоту, сохраняя толщу воды более однородной с точки зрения температуры. Этого не произошло во время обеих волн жары, и море оставалось более застойным, как это обычно бывает в конце года.

Поскольку более теплая вода имеет меньшую плотность, она остается на поверхности, создавая своего рода шапку. «Затем, весной и летом, эта вода становится еще теплее, потому что она не остыла предыдущей зимой», — сказала Мариана Биф, морской биогеохимик из Университета Майами и ведущий автор статьи. (Биф проводил исследования в Научно-исследовательском институте аквариумов Монтерей-Бей.) «Таким образом, воздействие морских тепловых волн начинается в атмосфере, а затем переносится в океан».

Однако эти два жарких события не были равными. Первое совпало с явлением Эль-Ниньо — полосой теплых вод у побережья Южной Америки — которое еще больше подняло температуру в северо-восточной части Тихого океана. Во втором наблюдалось заметное снижение солености из-за изменений в циркуляции океана. Поскольку вода с более низкой соленостью менее плотная, она висит на поверхности, а более соленые вещества тонут. Это еще больше укрепило теплую шапку.

Отсутствие зимнего пахтания также означало, что питательные вещества, обычно получаемые из более глубоких вод, были отрезаны, лишая фитопланктон в этой шапке элементов, необходимых для роста. Вместе высокая температура и низкий уровень питательных веществ на поверхности полностью изменили среду для организмов, живущих и перерабатывающих углерод.

Это изменило экосистему. Как и наземные растения, разные виды фитопланктона нуждаются в разном количестве питательных веществ и в разных пропорциях. «Обычно, например, в районах, где такое хорошее перемешивание и большое количество питательных веществ, есть скопление крупного фитопланктона, который производит много углерода — много биомассы», — сказал Биф.

Поскольку во время волн жары условия изменились, от этого выиграли самые мелкие виды фитопланктона. Для цветения им требовалось меньше питательных веществ, поэтому они размножались по мере исчезновения более крупных видов. А поскольку разные виды зоопланктона питаются фитопланктоном разного размера, более мелкие виды, которые питались более мелкими видами, внезапно получили гораздо больше средств к существованию. «Эти ребята собираются производить фекальные гранулы меньшего размера, которые будут скорее плавать в воде, чем тонуть», — сказал Келлог. «Так что это может способствовать сокращению выбросов углерода с поверхности в глубины океана».

Поскольку у исследователей был доступ к этим данным вверх и вниз по толще воды, они могли отслеживать, как весь этот углерод опускается во время волн жары. Вернее, как этого не было — потому что углеродный туалет океана работал со сбоями. В первом случае частицы углерода накапливались на глубине 660 футов, а во втором – на глубине от 660 до 1320 футов. В этих зонах пожиратели зоопланктона продолжали пережевывать частицы, разбивая их на более мелкие кусочки, которые не могли утонуть. Во время второй морской волны тепла увеличение количества особенно мелкого зоопланктона означало увеличение производства более мелких, нетонущих фекальных гранул.

Мало того, что туалет не смывал углерод должным образом, но по мере того, как наступала жара, в эту воду добавлялось все больше и больше отходов. Это дало бактериям возможность расщепления большого количества органических веществ, добавляя CO2 обратно в море. В конце концов, течения вынесут эту богатую CO2 воду обратно на поверхность, где газ может быть выброшен обратно в атмосферу.

Теперь ученым придется отслеживать больше волн тепла в других частях мирового океана, чтобы увидеть, имеет ли место та же самая динамика и насколько это может препятствовать способности моря улавливать углерод. В то же время фитопланктон и зоопланктон страдают от других кризисов, помимо жары, таких как закисление океана, потенциально мешающее жизни некоторых видов. способность выращивать защитные оболочки.

Если фитопланктона будет меньше, из океанов будет выходить меньше кислорода и меньше пищи для зоопланктона, которым питаются всевозможные другие морские животные, включая китов. «Обращение внимания к тому, что происходит в основе пищевой цепи, даст нам много информации», — сказал Штайнер, — «как о том, как все будет доходить до этих крупных морских животных, о которых мы заботимся, так и о нашем климате».

К счастью, благодаря тысячам биогеохимических буев «Арго», собирающим данные по всей планете, исследователи получают все более ясную картину того, как меняются моря, а вместе с ними и фитопланктон. «Океаны очень недостаточно собраны и очень недостаточно изучены», — сказал Биф. “Но они играют центральную роль в климате. Мы не можем понять то, чего не можем наблюдать”.