Вопреки мрачным прогнозам потепление не приведет к дефициту кислорода в мировом океане

2 сентября 2022 года | Международная

В последние 50 лет в мировом океане были зарегистрированы зоны с дефицитом кислорода. Учёные связывали это с тем, что в тёплой воде кислород растворяется плохо, а океан согревается. Но учёные из института химии Макса Планка в Майнце и Принстонского университета, пришли к выводу, что во время прошлых глобальных потеплений — 16 и 50 млн лет назад, зон с дефицитом кислорода в мировом океане не было.

За последние 50 лет увеличилось количество зон с дефицитом кислорода в открытом океане. Учёные связывают это с повышением глобальной температуры: в более тёплой воде растворяется меньше кислорода. Но вопреки широко распространённым ожиданиям, международная группа учёных во главе с исследователями из Института химии Макса Планка и Принстонского университета обнаружила, что зоны с дефицитом кислорода сокращались во время длительных тёплых периодов в прошлом.

«Мы не ожидали такого явного эффекта», — сказала Александра Одерсет, ведущий автор работы. Понимание этих изменений важно, потому что «когда кислорода становится мало, жизнь переживает трудные времена», — говорит Даниэль Сигман, профессор геологических и геофизических наук. Например, в регионах с низким содержанием кислорода в восточной части Тихого океана и северной части Индийского океана могут выжить только специализированные микробы и организмы с медленным метаболизмом, такие как медузы.

Исследователи сделали своё открытие, изучая коллекции морских отложений. Буровые керны можно использовать для определения прошлых условий окружающей среды аналогично годичным кольцам деревьев. Помимо прочего слои отложений предоставляют информацию и о содержании кислорода в океане в прошлые эпохи. Это связано с планктоном, таким как фораминиферы. Они обитают в поверхностных слоях океана и их известковые раковины опускаются на дно, где и становятся частью донных отложений. Эти отложения огромны: фораминиферовый ил покрывает около 30% ложа мирового океана.

В течение своей жизни фораминиферы поглощают химические элементы, такие как азот. Соотношение изотопов азота зависит от условий окружающей среды: в условиях дефицита кислорода происходит процесс, называемый денитрификацией, в ходе которого фораминиферы превращают питательные нитраты в молекулярный азот. Фораминиферы предпочитают поглощать лёгкие изотопы азота, поэтому соотношение количества изотопов азота в донных отложениях меняется в зависимости от количества кислорода в океанах. Мало кислорода в воде, значит много лёгких изотопов азота в донных отложениях. Учёные могут измерить это, чтобы определить размеры зон с дефицитом кислорода, которые существовали миллионы лет назад.

Исследуя изотопы азота в фораминиферовом иле, учёные из Майнца и Принстона показали, что денитрификация в водной толще восточной тропической части части Тихого океана сильно уменьшалась во время двух великих потеплений — около 16 и 50 миллионов лет назад.

Сокращение зон с дефицитом кислорода при потеплении требует объяснения, поскольку противоречит очевидному факту: в тёплой воде кислород растворяется хуже, чем в холодной. Поэтому в тёплой воде его должно быть меньше.

Одна причина может быть в том, что в тропических водах во время потепления сокращается биологическая активность организмов: они просто вымирают и кислород тратить некому. Это плохой сценарий. Он может реализоваться за несколько десятков лет.

Другая причина более обнадёживающая: она может лежать за тысячи километров от бедных кислородом тропических зон — в Южном океане. В прошлые продолжительные тёплые периоды водообмен между поверхностными и глубинными водами Южного океана мог ускориться. Это процесс называется «опрокидывание глубокого океана»: тёплая вода из тропиков поступает в Южный океан, резко остывает и тонет, выталкивая холодную богатую кислородом воду к тропической зоне. Это могло привести к повышению содержания кислорода в океане в целом и сокращению зон с дефицитом кислорода в тропиках. Это хороший сценарий. Но его реализация потребует, может быть, целых столетий.

Даниэль Сигман говорит: «Из-за более низкой растворимости кислорода в тёплой воде его объем в поверхностных водах мирового океана, скорее всего, будет продолжать уменьшаться. Но наши результаты показывают, что зоны открытого океана с дефицитом кислорода в конечном итоге сократятся. В конечном счёте разница между богатыми и бедными кислородом зонами значительно сгладится».

В принципе, это хорошо. Но учёные пока не проявляют особого оптимизма. Если в больших регионах дефицит кислорода, вероятнее всего, будет сокращаться, то в самых прогретых прибрежных водах, это, видимо, не так. А именно эти зоны наиболее важны для человека.

— Источник цитирования