Сотрудники Морского гидрофизического института (МГИ) РАН выяснили, какие процессы в поверхностном слое вод определяют динамику углекислого газа. Так, оказалось, что разложение органического вещества в водах способствует его выделению, а доминирование фотосинтетическ их процессов — повышению насыщенности вод кислородом и снижению содержания СО₂. Фундаментальное исследование ученых позволит дополнить имеющуюся информацию о способности вод Южного океана поглощать углекислый газ из атмосферы и изучить вклад поглощаемого СО₂ в общий бюджет углерода для Мирового океана.

Глобальное потепление на Земле происходило бы намного быстрее, если бы Мировой океан не поглощал выбросы углекислого газа. Его воды поглощают значительную часть выделяемого в атмосферу антропогенного СО₂. Одним из важнейших районов, определяющих климат Земли, стал омывающий берега Антарктиды Южный океан. Именно на его долю приходится 40 % поглощения газа.

По опубликованным данным за последние 20 лет поглощающая способность Южного океана снизилась, однако точная оценка изменений количества поглощаемого газа затруднена. Среди причин — быстрые изменения по акватории Южного океана характеристик, определяющих поглотительную способность Южного океана в отношении СО₂, а также ограниченное число прямых измерений в Южном океане из-за сложных условий проведения экспедиционных исследований.

Ученые подведомственного Минобрнауки России Морского гидрофизического института РАН и Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН на основе данных соотношения кислорода и парциального давления углекислого газа изучили приоритетность вклада биогеохимических и физических процессов, определяющих динамику углекислого газа в поверхностном слое вод Южного океана, а значит и скорость обмена СО₂ между атмосферой и морской водой.

Были проанализированы обширные данные, полученные во время 87-го рейса научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» в Атлантическом секторе Южного океана — проливе Брансфилда, Антарктическом проливе, бассейне Пауэлла, морях Уэдделла и Скотия.

Наталья Орехова, заведующая отделом биогеохимии моря и лабораторией мониторинга и исследования потоков парниковых газов и кислорода в морской среде МГИ РАН

«Основная идея исследования заключалась в том, чтобы получить количественные оценки вклада биологических и физических процессов, оценить те процессы, которые преимущественно определяют величину рСО₂ и его динамику в поверхностном слое вод. Под биологическими процессами мы подразумеваем прежде всего фотосинтез и разрушение биомассы водорослей, в то время как под физическими — процессы перемещения и смешения водных масс. В данной работе мы анализировали соотношения концентрации кислорода и рСО₂, что позволило сделать вывод о приоритетности вклада биологической составляющей или физической в содержание СО₂», — пояснила первый автор статьи, заведующая отделом биогеохимии моря и лабораторией мониторинга и исследования потоков парниковых газов и кислорода в морской среде МГИ РАН Наталья Орехова.

Пролив Брансфилда

Исследователи выявили закономерности в пространственном распределении углекислого газа и изменения в биогеохимических процессах, происходящих в водах. Так, один из примечательных результатов был получен в проливе Брансфилда — в исследуемый период воды пролива демонстрировали более высокий уровень насыщения СО₂ и пересыщения по сравнению с атмосферой, а также недонасыщение вод кислородом. Это показывает, что в регионе доминирующим процессом, определяющим концентрацию СО₂, является активное разложение органического вещества.

По разнице рСО₂ в поверхностном слое вод и приводном слое атмосферы сделан вывод, что в исследуемый период воды пролива Брансфилда являются источником углекислого газа для атмосферы. Таким образом, чем чаще происходит разложение органического вещества, тем выше уровень насыщения воды углекислым газом, то есть океан его больше выделяет и это способствует ускорению глобального потепления.

В отличие от этого в морях Уэдделла и Скотия наблюдался другой сценарий — доминирование процесса фотосинтеза над окислением органического вещества привело к снижению концентрации CО₂ и повышению насыщенности вод кислородом. А воды данного района поглощают углекислый газ из атмосферы.

Исследователи установили, что биологические процессы, такие как первичная продукция и разложение органического вещества, значительно влияют на динамику кислорода и углекислого газа в поверхностных водах изученных районов, и как результат являются одним из основных факторов, определяющих поток углекислого газа на границе с атмосферой.

Однако они также обнаружили свидетельства существования дополнительных источников СО₂, не связанных с биогеохимическими процессами окисления и продукции органического вещества. Природу этих процессов еще предстоит исследовать.

Полученные результаты способствуют пониманию взаимосвязи между глобальным изменением климата и хрупким балансом между кислородом и углекислым газом в океанах, а также являются основой для понимания роли экосистемы Южного океана в цикле углерода и оценке поглощающей способности вод Мирового океана в отношении СО₂.

Его результаты опубликованы в одном из международных научных журналов. «Работы проводились в рамках тем госзадания «Антарктика» (получение данных прямых измерений). Анализ вклада различных составляющих в динамику рСО₂ выполнен по теме «Карбоновый полигон».

Источник: Минобрнауки　России