На протяжении многих лет исследователи предполагали, что повышение температуры на планете приведет к уменьшению количества кислорода в океане, что негативно скажется на продуктивности морских экосистем. Однако, согласно результатам нового исследования, в более теплые периоды океан содержал больше кислорода, чем в настоящее время. Снижение концентрации кислорода произошло лишь с наступлением более холодных климатических условий. Таким образом, прогнозы относительно последствий современного глобального потепления не соответствуют тому, что может произойти на самом деле.
В соответствии с законом Генри, растворимость газов в воде уменьшается с повышением температуры. Повышение температуры на один градус приводит к снижению содержания кислорода в литре воды приблизительно на два процента. Также стоит отметить, что теплая вода менее плотная, чем холодная. Значительное повышение температуры планеты может привести к формированию теплого слоя, препятствующего подъему более холодных вод к поверхности и, следовательно, снижающего их насыщение кислородом. Морские обитатели, как правило, холоднокровны, поэтому увеличение температуры должно ускорить их обмен веществ, что приведет к росту потребности в кислороде, в то время как его концентрация в воде, по прогнозам, будет снижаться.
На протяжении многих лет теоретические выкладки давали ученым повод полагать, что глобальное потепление спровоцирует кризис в морской среде и образование значительных участков морей, лишенных кислорода. Некоторые исследователи даже публиковали отчеты, утверждающие, что этот процесс уже начался, и наблюдается сокращение биомассы планктона и других морских организмов, причем темпами, превышающими прогнозы, основанные на моделях.
Все эти стройные, логичные и убедительные теории имели один существенный недостаток: они не находили подтверждения в исторических данных. Анализ осадочных пород древних морей не продемонстрировал снижения их продуктивности в теплые периоды, а наоборот, указывал на более высокую биомассу.
Авторы исследования указывают на то, что информация о глубинах океана в период климатического оптимума миоцена (17,0-14,8 миллионов лет назад) в Тихом океане стала доступна относительно недавно указали на то, что кислорода там было больше, чем в наши дни. Сходные результаты получили и для более ранних эпох. Чтобы понять, локальное ли это явление, или так было по всей Земле, они исследовали отложения древнего Аравийского моря. Результаты их исследований опубликовали в Communications Earth & Environment.
Для оценки концентрации кислорода в древнем Аравийском море исследователи использовали соотношение изотопов, содержащихся в окаменелых фораминиферах, полученных при донных буровых работах. Анализ показал, что, несмотря на относительно низкое содержание кислорода в воде того времени, оно значительно превышало современный уровень. В настоящее время Аравийское море характеризуется крайне низким содержанием кислорода, что приводит к выделению азота с его поверхности. В этих условиях некоторые микроорганизмы вынуждены использовать нитраты в качестве окислителя вместо кислорода.
Высвобождающийся в результате этого процесс азот попадает в атмосферу, что негативно сказывается на биопродуктивности моря, поскольку живые организмы усваивают азот из воздуха менее эффективно, чем азот из нитратов. В Аравийском море это не приводит к проблемам, поскольку из-за низких концентраций кислорода там и так ограничено количество живых организмов, и дефицита азота не возникает. В древнем Аравийском море, 17-14,8 миллиона лет назад, биомасса была выше. Кроме того, содержание кислорода в воде превышало современное, и не было необходимости использовать нитраты в качестве окислителя.
В период максимальной теплоты миоцена Аравийское море, подобно древнему Тихому океану, характеризовалось более высоким содержанием кислорода, чем в настоящее время. Снижение концентрации кислорода началось приблизительно 12,1 миллиона лет назад, когда климат существенно изменился и стал прохладнее. После похолодания дефицит кислорода в Аравийском море оказался более выраженным, чем в Тихом океане.
Согласно выводам авторов, если климатический оптимум миоцена можно считать отражением долгосрочной реакции океанов на глобальное потепление, то концентрация кислорода может увеличиться в обоих регионах – Аравийском море и северной части Тихого океана – до значений, при которых они прекратят выброс азота в атмосферу. Таким образом, моря обеих локаций перестанут характеризоваться кислородным дефицитом благодаря глобальному потеплению. Это противоречит результатам моделирования и теоретическим представлениям, принятым в большинстве научных кругов.
Период климатического оптимума миоцена, охватывающий промежуток времени от 17 до 14 миллионов лет назад, отличался температурными условиями и составом атмосферы, аналогичными тем, которые, согласно нашим прогнозам, будут наблюдаться после 2100 года. Для более глубокого понимания потенциальных сценариев развития событий в будущем, мы реконструировали состояние океана, насыщенного кислородом, в ту эпоху
Александра Аудерсет – один из соавторов свежей публикации
Авторов заинтересовало, почему содержание кислорода увеличивалось при повышении температуры, и они предложили более детально исследовать этот вопрос. На основе анализа изученных регионов они выдвинули предположение, что причиной является более интенсивное смешивание океана и воздуха в приповерхностном слое, вызванное изменениями в течениях и ветрах.
Интересной особенностью выводов, представленных авторами, является то, что ранее свидетельства высокого содержания кислорода обнаруживались только при исследовании отдаленных геологических периодов, таких как мезозой или палеоценовый-эоценовый термический максимум, когда биомасса в морях значительно превышала современную.
В те времена география Земли, контуры материков, а также морские течения и ветра, вероятно, значительно отличались от современных. Миоцен произошел относительно недавно, и география планеты в этот период была очень похожа на сегодняшнюю. Поэтому предсказать гибель морской жизни из-за современного потепления становится особенно затруднительно. Гораздо вероятнее развитие противоположного процесса, как это происходило и в предыдущие эпохи.