Периоды сильной жары в Тихом океане в 2013–2015 и 2019–2020 годах привели к сбоям в процессе поглощения углерода. Эти изменения повлияли на распределение питательных веществ на разных уровнях глубины. Обычно микрочастицы, содержащие углерод и являющиеся основным источником питания для организмов мезопелагиальной зоны, опускаются на глубину около километра, однако в указанные периоды они либо не достигали мезопелагиали, либо погружались всего на 400 метров.
В океане, как и на суше, нормальный круговорот питательных веществ формирует своего рода «конвейер углерода», который переносит его от фотосинтезирующих организмов к редуцентам. В водной среде этот процесс направлен сверху вниз, до самых глубин. Наибольшее биоразнообразие наблюдается в двух условно выделенных по глубине зонах океана: эпипелагиальной (от 0 до 200 метров) и мезопелагиальной (от 200 до 1000 метров). Следует сразу отметить, что рассматривается открытое море, поскольку прибрежные регионы имеют иную структуру и не включаются в данное деление.
Основная масса морских организмов, осуществляющих фотосинтез, населяет верхний слой океана (эпипелагиаль), где достаточно света. В частности, это фитопланктон – микроскопические водоросли. Они поглощают углекислый газ из атмосферы и из воды, преобразуя его в органические соединения и выделяя при этом большое количество необходимых для жизни веществ. Этими веществами питаются все находящиеся поблизости организмы: начиная с микроскопического зоопланктона и заканчивая фильтрующими животными – ракообразными, моллюсками и позвоночными (рыбами, китами).
Органические остатки, образующиеся в результате жизнедеятельности существ, питающихся планктоном, опускаются на большую глубину и служат пищей для обитателей мезопелагиали. В этой зоне фотосинтез сильно ограничен из-за недостатка солнечного света. Поэтому ее иногда называют сумеречной зоной. Там доминируют хищники и редуценты – как микроскопические организмы, включая бактерии, так и крупные животные. Однако все они зависят от поступления органики сверху, так называемого «дождя», и постоянно участвуют в дальнейшем захоронении углекислого газа.
Таким образом, Мировой океан удерживает атмосферный углерод на протяжении веков или даже тысячелетий. Любое существенное нарушение морских экосистем способно активировать механизмы обратной связи, которые ускоряют глобальные изменения климата. Если повышение температуры приводит к тому, что океан поглощает меньше углекислого газа, то его концентрация в атмосфере возрастает, усиливается парниковый эффект, способность океана к поглощению углерода снижается, парниковый эффект еще больше ускоряется и так далее.
Оценку состояния морских экосистем при экстремальных температурах провели исследователи из Исследовательского института аквариума залива Монтерей (MBARI, США), Института Hakai (Канада), Сямэньского университета (Китай), университетов Британской Колумбии (Канада) и Южно-Датского (Дания), а также Министерства рыболовства и океанов Канады. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Ученые изучили данные, полученные в ходе наблюдений за океаническими волнами тепла. Эти явления, в отличие от аналогичных на суше, длятся значительно дольше – температура воды повышается на несколько градусов по сравнению со средними значениями или температурой окружающей водной поверхности. В последнее время такие волны тепла отмечались в Тихом океане и оказались настолько масштабными, что получили собственные названия: «Капля» (The Blob) в период с 2013 по 2015 год и «Капля 2.0 (The Blob 2.0) в 2019–2020 годах. В обоих случаях участки с температурой на 1,5–2 градуса выше нормы охватывали территорию от 800 до 1600 километров в северо-восточной части Тихого океана.
В течение обоих этих этапов использовалась распределенная сеть автоматических буев, которые с периодичностью в несколько дней измеряют параметры морской воды на различных глубинах: температуру, соленость, а также концентрацию нитратов, кислорода, хлорофилла и органических веществ (частиц, содержащих углерод). Дополнительные сведения были получены из проб воды, собранных в рамках нескольких экспедиций, проводившихся параллельно с проектом «Капли». Специалисты изучили их на наличие ДНК-маркеров, чтобы определить, какие организмы присутствовали в водной среде.
Анализ всех доступных авторам научной работы данных вызывает опасения: в период океанических волн жары пищевые цепи претерпевают значительные изменения. Основная масса органических веществ задерживается в эпипелагиали, не достигая более глубоких слоев. После возникновения первой «Капли» продуктивность фитопланктона увеличилась на второй год аномалии. Однако весь углерод, связанный с ними, остался в верхних слоях воды, органика практически не опускалась ниже 200 метров.
Во время второй экспедиции «Капля» концентрация органики в верхних слоях воды была еще выше, однако ее происхождение не могло быть полностью связано с деятельностью фитопланктона. Мелкие хищники способствовали перемешиванию и удержанию углерода в эпипелагиали. При этом и обитателям глубин в этот раз не пришлось оставаться голодными: в период с 2019 по 2020 годы микрочастицы, содержащие углерод, в значительных объемах осаждались на глубины до 400 метров.
Авторы исследования подчеркивают, что данная информация нуждается в детальной проверке и внимательном рассмотрении. Это связано с тем, что становится ясно, какое разрушительное воздействие оказывают волны жары в океане на морские экосистемы. На текущий момент ученые не имеют данных о долгосрочных последствиях и о том, как это кратковременное нарушение «цепочки поглощения углерода» повлияло на климат Земли.