Изменение климата привело к затруднению дыхания морских обитателей

Дыхательный коэффициент (r_O2: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 r_O2:C) у планктона составляет единицу, и оно достаточно статично: поначалу в ходе исследований не удалось обнаружить его систематические пространственные вариации. Поэтому в моделях величина r_O2: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.

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 r_O2:C по Тихому океану уже на 15 процентов выше своего общепринятого значения и составляет 1,15.

Моделирование в соответствии со сценарием RCP8.5 (который подразумевает отсутствие ограничений 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 r_O2: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 r_O2: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