Изменение климата привело к затруднению дыхания морских обитателей

Дыхательный коэффициент (rO2:C) в Тихом океане в среднем уже на 15 процентов выше своего постоянного значения и составляет 1,15. Это означает, что в морских экосистемах не хватает кислорода, и наиболее вероятная причина такой тенденции — глобальное изменение климата, которое приводит к потеплению воды и снижению растворимости кислорода в ней. По оценках ученых, к концу XXI века количество кислорода в океане снизится на 3,1-4,7 процента. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

На фоне глобального изменения климата Мировой океан подвергается деоксигенации — чем теплее вода, тем хуже в ней растворяется кислород. Зоны с его пониженным содержанием расширяются, что несет угрозу биоразнообразию морей. Общепринятые климатические модели не слишком точно предсказывают отклик морских экосистем на колебания уровня кислорода из-за неопределенности в регуляции биологического дыхания. В соответствии с классическими расчетами Альфреда Редфилда, молярное отношение O2 к С (или дыхательный коэффициент rO2:C) у планктона составляет единицу, и оно достаточно статично: поначалу в ходе исследований не удалось обнаружить его систематические пространственные вариации. Поэтому в моделях величина rO2:C принимается за константу. Однако в более поздних работах стабильность дыхательного коэффициента подверглась сомнениям, что привело к необходимости пересмотреть соотношение Редфилда и его влияние на морские биогеохимические циклы.

Ученые под руководством Эллисон Морено (Allison R. Moreno) из Калифорнийского университета в Ирвайне исследовали изменения в морской геохимии биогенных элементов под влиянием глобального изменения климата. В рамках программы GO-SHIP они отбирали образцы морской воды для определения количества твердого органического углерода по трансекте, протянутой вдоль Тихого океана от побережья Сан-Диего до Антарктиды. Данные инструментальных наблюдений океанологи сопоставляли с глобальными моделями CESM и CMIP5 для составления прогноза на ближайшие столетия.

Влияние изменения коэффициента дыхания на биогеохимические процессы в океане. (A) Изменение степени и усиления OMZ — зон с пониженным содержанием кислорода — при изменении r (O2:C) от 1 до 0,7; (B) Изменение протяженности и интенсификации OMZ при изменении r (O2:C) от 1 до 1,3; (C) Общий уровень кислорода и объем OMZ как функция коэффициента дыхания; (D) Изменение зон денитрификации водяного столба и интенсивности при изменении r (O2:C) от 1 до 0,7; (E) Изменение зоны денитрификации водного столба и интенсивность при изменении r (O2:C) от 1 до 1,3; (F) Годовые темпы денитрификации водной толщи и глобальный баланс азота в океане как функция коэффициента дыхания; (G) Изменение чистой первичной продукции океана при изменении r (O2:C) с 1 на 0,7; (H) Изменение первичной чистой продукции при изменении r (O2:C) с 1 на 1,3: (I) Годовая чистая первичная продукция и экспорт углерода (на 100 м) как функция коэффициента дыхания.

Allison R. Moreno et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020.

Поделиться

Оказалось, что снижение количества растворенного в воде кислорода приводит к повышению дыхательного коэффициента, а также к усилению денитрификации. Актуальные данные инструментальных наблюдений показали, что в большей части тропической и субтропической акватории Тихого океана уже наблюдается дефицит кислорода и связанный с ним дефицит азота, что в итоге приводит к снижению чистой первичной продукции. При этом средний rO2:C по Тихому океану уже на 15 процентов выше своего общепринятого значения и составляет 1,15.

Условия окружающей среды, концентрации твердого органического углерода и коэффициент дыхания в восточной части Тихого океана. (А) Температура поверхности моря; (В) Nutricline (глубина, на которой концентрация нитратов составляет один микромоль); (C) Расстояние между этой глубиной и поверхностью водной станции; (D) Твердые органические частицы в поверхностном слое океана; (E) Химическая потребность этих частиц в кислороде в том же слое; (F) Поверхностное дыхание.

Моделирование в соответствии со сценарием RCP8.5 (который подразумевает отсутствие ограничение на антропогенные выбросы парниковых газов и реализуется в текущий момент) показало, что к 2100 году количество растворенного кислорода в Тихом океане уменьшится на 3,1-4,7 процента. При этом rO2:C увеличится в среднем на 0,2 по отношению к текущему.

Авторы исследования подчеркнули, что использование дыхательного коэффициента в климатическом моделировании должно учитывать региональные особенности (так, в приполярных широтах даже в эпоху антропогенного изменения климата rO2:C не превышает 0,97, а в субтропических широтах его значение уже перешагнуло единицу). Также они отметили, что результаты их исследования позволяют предположить более серьезный дефицит кислорода в океане, чем считалось ранее.

Глобальное изменение климата может оказывать влияние на планетарные циклы химических элементов с самых разных сторон. Так, недавно ученые выяснили, что опреснение северной Атлантики, которое происходит из-за таяния покровных ледников, приводит к ослаблению атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции и снижению ее способности поглощать углекислый газ в северном полушарии.

Марина Попова

https://nplus1.ru/