Как водоросли могут изменить климат на Земле

Хьюстон. В августе 2021 года в мировых океанах развернется масштабная полевая экспедиция НАСА по изучению роли океана в глобальном углеродном цикле Земли. Проводить измерения и собирать данные в северной части Тихого океана и в северной Атлантике будут 52 высокотехнологичные платформы.  

Известно, что благодаря химическим и биологическим процессам океан поглощает из атмосферы столько же углерода, сколько и вся растительная жизнь на суше. И задача ученых состоит в том, чтобы изучить механизмы "биологического насоса" - процесса, посредством которого углерод из атмосферы и поверхностного океана длительное время удерживается в глубоком океане. Процесс переноса углерода происходит в том числе за счет микроскопических растениеподобных организмов, называемые фитопланктоном (водоросли), которые подвергаются фотосинтезу, как и растения на суше. Они могут быть замечены из космоса, наблюдая изменения цвета океана. Их продуктивность оказывает значительное влияние на углеродный цикл Земли, который, в свою очередь, влияет на климат планеты. Например, до промышленной революции океан был чистым источником CO2 в атмосферу, в то время как сейчас большая часть углерода, попадающего в океан, поступает из атмосферного углекислого газа. Сжигание ископаемого топлива и производство цемента изменили баланс углекислого газа между атмосферой и океанами, что привело к подкислению океанов. Изменение климата в результате избытка CO2 в атмосфере привело к повышению температуры океана и атмосферы (глобальное потепление ). Замедление темпов глобального потепления, происходящее в период с 2000 по 2010 год, можно объяснить наблюдаемым увеличением содержания тепла в верхних океанах.

“Это первое всестороннее исследование биологического углеродного насоса океана после Совместного исследования глобального океанического потока в 1980-90 гг., — сказал ведущий научный сотрудник по экспорту Дэвид Сигел из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. — За последние десятилетия мы получили передовые микроскопические инструменты визуализации, геномику, надежные химические и оптические сенсоры и автономных роботов - множество вещей, которых у нас тогда не было, так что мы можем задавать гораздо более сложные и важные вопросы.” 

Ученым предстоит определить, сколько органического углерода покидает поверхность океана и какой путь он проходит, когда пробирается в глубину, где он может быть изолирован в течение длительных периодов времени, от десятилетий до тысяч лет.

Известны три основных пути переноса углерода из атмосферы и верхних слоев океана в темную “сумеречную зону”, лежащую на глубине 500 м или более под поверхностью. Так, физическое перемешивание и циркуляция океана могут переносить взвешенное органическое вещество глубоко внутрь океана. Частицы могут опускаться под действием силы тяжести, часто после прохождения через кишечник организмов. И, наконец, ежедневные вертикальные миграции животных, которые перемещаются между верхним и нижним уровнями океана, приносят углерод.

Океанографическая полевая кампания НАСА под названием "Экспортные процессы в океане с помощью дистанционного зондирования" (EXPORTS - ЭКСПОРТ) стремится определить, сколько углерода транспортируется каждым из этих путей, наблюдая за углеродным насосом в двух очень разных океанских экосистемах с различными условиями. Исследователи выбрали северную часть Тихого океана и северную Атлантику, потому что они находятся на противоположных концах спектра продуктивности (то есть скорости фотосинтеза) и испытывают две противоположные крайности физических процессов, таких как вихри и течения. Изучение контрастных сред обеспечит максимальное понимание для моделирования будущих климатических сценариев. Отметим, северная часть Тихого океана в отличае от Атлантики сродни пустыне или “простому лугу” на суше. В нем мало питательных веществ, в данном случае железа, необходимого для фотосинтеза, и он испытывает один из самых слабых вихревых течений, встречающихся в мировом океане. Таким образом, перенос углерода в глубины океана в основном осуществляется крошечными животными, называемыми зоопланктоном, потребляющими микроскопический растительный фитопланктон, а затем выделяющими переваренный углерод на нижние глубины.

После кампании полевых работ дополнительный этап ЭКСПОРТа будет сосредоточен на использовании данных для прогнозирования того, как могут выглядеть пути переноса углерода в будущем.

“С у четом продолжающихся климатических изменений, наблюдаемыми не только в океане, но и во всех земных системах, мы должны знать, что произойдет в 2075 году, но у нас пока нет такого предсказательного понимания”, - пояснил Дэвид Сигел.

Как сообщает НАСА, в исследовательской кампании примут участие 150 ученых и членов экипажа из более чем 30 правительственных, университетских и частных неправительственных учреждений, которые будут работать на трех судах.

В 2016 году в мире вступило в силу Парижское соглашение по климату. Документ закрепляет намерения стран бороться с глобальным потеплением. А в 2020 году международные организации и нефтегазовые гиганты начали активно декларировать экологические и климатические цели в своих стратегиях. Теперь в них встречается понятие «углеродной нейтральности», звучат планы по переходу к нулевым показателям по выбросам CO2 в атмосферу.