Спутники НАСА обнаружили признаки повсеместного истощения питательных веществ в океане

Международная группа ученых установила, что постепенное потепление океана лишает морской планктон необходимых для жизни питательных веществ. Этот процесс охватывает обширные водные пространства и в будущем может радикально изменить экосистемы всей планеты.

Микроскопические водоросли, известные как фитопланктон, обитают в верхних слоях воды и составляют основу всей морской пищевой цепи. От их благополучия напрямую зависит не только улов рыбаков, но и способность океана поглощать избыток углекислого газа. Кроме того, эти крошечные организмы производят около половины земного кислорода, помогая поддерживать стабильный климат на планете.

Исследование провела международная команда океанологов, в которую вошли специалисты Калифорнийского университета в Ирвайне (США) и эксперты НАСА. Согласно работе, опубликованной в журнале Science Advances, эта естественная основа находится под серьезной угрозой. Чтобы оценить масштаб проблемы, исследователи проанализировали данные со спутника НАСА Aqua за последние 20 лет. Специальный прибор на борту непрерывно фиксировал цвет поверхности океана, ведь зеленоватый оттенок воды обычно указывает на обилие микроводорослей.

Однако авторы научной работы не просто примерно подсчитали количество планктона, но изучили его внутреннее состояние. Они заметили, что соотношение углерода и хлорофилла в клетках явно указывает на то, что организмы испытывают стресс от голода. Ученые сравнили спутниковые снимки с реальными пробами воды из экспедиций, а также провели генетический анализ бактерий прохлорококка, составляющих основу планктона. При дефиците питательных веществ в их ДНК появляются особые маркеры, которые исследователи научились читать.

В результате исследователям удалось составить первую в истории глобальную карту «океанического голода». Наиболее тревожная ситуация сложилась в субтропических круговоротах – это гигантские малоподвижные территории в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах.

Причиной этой аномалии стал основной физический закон: при нагревании вода расширяется, а ее плотность уменьшается. Из-за глобального потепления самый верхний слой океана сильно нагрелся и стал очень светлым. Он буквально «плавает» на поверхности, как слой нефти на воде, тогда как более глубокие слои остаются холодными, плотными и тяжелыми.

В нормальных условиях океан постоянно перемешивается ветрами и течениями, в результате чего минералы из холодных глубин поднимаются на поверхность. Однако сейчас разница в плотности между слоями стала настолько огромной, что естественное перемешивание прекратилось. Энергии ветра просто не хватает, чтобы преодолеть этот барьер, который ученые называют термоклином.

В результате возник критический для экосистемы пробел. Микроскопическому планктону для фотосинтеза обязательно нужен солнечный свет, который доступен только на поверхности. Но вся его «пища» в виде азота, фосфора и железа теперь была заперта глубоко внизу. Организмы фактически остались на солнце, но в совершенно пустой воде, лишенной питательных веществ.

Любопытным исключением оказалась Северная Атлантика: местный планктон научился настолько хорошо экономить фосфор, что даже при его дефиците чувствует себя в относительной безопасности.

Ученые также заметили, что уровень микробного стресса колеблется в зависимости от естественных климатических циклов. Например, в периоды холодов вода из глубины активнее прорывается наверх, и планктон временно получает больше питания. Однако за этими естественными качелями скрывается опасная долгосрочная тенденция: с 2002 по 2021 год средняя температура поверхности океана неуклонно повышалась, а вместе с этим увеличивались масштабы зон хронического голода.

Интересно, что прогноз авторов нового исследования расходится с эмпирическими наблюдениями со спутников Земли. По данным работы в Nature, они документируют прямо противоположный процесс: быстрое позеленение океанов из-за увеличения количества в нем фитопланктона.

Опыт прошлых явлений глобального потепления, в том числе палеоцен-эоценового термического максимума, когда глобальные температуры были на 10 градусов выше, чем ожидалось во время современного потепления, также не показывает уменьшения количества планктона в океане. Напротив, находки организмов оттуда в соответствующих слоях более часты, чем в более поздних и более прохладных слоях.

Похожая картина наблюдается и на современной Земле: в более теплых водах тропиков и экватора удельный вес фитопланктона на единицу площади поверхности выше, чем в водах умеренных широт, не говоря уже о полярных.