Морские волны тепла нарушают способность океана поглощать углерод

Периоды аномально высоких температур в океане, известные как морские волны тепла, способны перестраивать пищевые цепи и замедлять перенос углерода в глубинные слои. Это ослабляет способность океана сдерживать изменение климата. К такому выводу пришла международная группа ученых из США, Канады и Китая, опубликовавшая свое исследование в научном журнале Nature Communications.

Исследователи проанализировали данные, собранные в заливе Аляска на протяжении более десяти лет. Этот регион за указанный период пережил две мощные волны тепла – одну с 2013 по 2015 год, получившую название The Blob, и другую в 2019–2020 годах. Анализ позволил отследить, как экстремальные температуры повлияли на морские экосистемы и круговорот углерода.

«В океане существует биологический углеродный насос, который обычно действует как конвейер, переносящий углерод с поверхности в глубины, – объясняет ведущий автор исследования Мариана Биф. – Этот процесс обеспечивают микроскопические организмы, составляющие основу морской пищевой сети, включая бактерии и планктон. Мы хотели понять, как волны тепла влияют на эти организмы и связано ли это с количеством углерода, которое отправляется на хранение в глубины океана».

Для получения полной картины ученые объединили несколько источников данных. Они использовали роботизированные буи проекта Global Ocean Biogeochemical Array, которые каждые 5–10 дней измеряют температуру, соленость, содержание кислорода, хлорофилла и частиц органического углерода в толще воды. Эту информацию дополнили результатами сезонных судовых экспедиций, в ходе которых анализировался состав планктона с помощью химического анализа пигментов и секвенирования ДНК из проб морской воды.

В обычных условиях фитопланктон преобразует углекислый газ в органическое вещество. Эти микроорганизмы служат пищей для более крупных существ, а их отходы жизнедеятельности в виде частиц органического углерода опускаются из поверхностных вод сквозь сумеречную зону (от 200 до 1000 метров) на дно. Так атмосферный углерод оказывается запертым в океанских глубинах на тысячи лет.

Исследование показало, что обе волны тепла нарушили этот отлаженный механизм, однако последствия были разными. Во время волны тепла 2013–2015 годов производство углерода фитопланктоном на поверхности было высоким, но вместо быстрого погружения мелкие частицы углерода скапливались на глубине около 200 метров, не достигая дна.

Во время второй волны, в 2019–2020 годах, на поверхности наблюдалось рекордно высокое накопление углеродных частиц, которое нельзя было объяснить только активностью фитопланктона. Вероятной причиной стала усиленная переработка углерода морскими организмами и скопление отходов. Этот углеродный импульс затем опустился в сумеречную зону, но «завис» на глубине от 200 до 400 метров, так и не продолжив свой путь в бездну.

Различия в переносе углерода ученые связывают с изменениями в популяциях планктона. Потепление привело к доминированию мелких организмов, которые производят медленно тонущие отходы. В результате углерод дольше задерживался и перерабатывался в верхних слоях океана, вместо того чтобы быть захороненным на глубине. «Наш конвейер, переносящий углерод с поверхности в морские глубины, заклинило. Это увеличивает риск того, что углерод вернется в атмосферу вместо того, чтобы оставаться надежно запертым в океане», – заключает Биф.

Наблюдения и моделирование показывают, что морские волны тепла становятся все более масштабными и интенсивными. Океан ежегодно поглощает около четверти выбросов углекислого газа именно благодаря биологическому насосу. Потепление вод может означать, что меньше углерода будет изолировано от атмосферы, что, в свою очередь, способно ускорить глобальное изменение климата. Кроме того, сдвиги в основании пищевой цепи каскадом отразятся на всей морской жизни и рыболовстве.

«Изменение климата способствует увеличению частоты и интенсивности морских волн тепла. Это подчеркивает необходимость постоянного, долгосрочного мониторинга океана, чтобы понимать и прогнозировать, как будущие экстремальные потепления повлияют на экосистемы, рыболовство и климат», – говорит Мариана Биф.