Цивилизация
В то время как причинно-следственная связь между этими процессами остается недоказанной (как бы ни старались выдать ее за твердо установленный научный факт некоторые политические активисты), глобальное потепление на фоне роста концентрации СО2 в атмосфере в последнее время все сильнее меркнет перед другим явлением, связь которого с атмосферной концентрацией углекислоты намного более очевидна, — окислением океанов.
Связь между причиной (рост атмосферных концентраций СО2) и следствием (уменьшение рН верхнего слоя океана) обусловлена составом компонентов, входящих в состав морской воды.
В отличие от других газов, входящих в состав земной атмосферы, СО2 хорошо растворяется в воде (в океанах его сейчас растворено 140 трл тонн против 2,6 трл тонн, содержащихся в воздухе) с образованием слабой угольной кислоты, диссоциирующей на карбонат (СО3) и гидрокарбонат-ионы (НСО (организация запрещена в России)3) с количественным доминированием последних.
Гидрокарбонаты — неустойчивые соединения: при дефиците растворенного углекислого газа они разлагаются до СО2 и подщелачивают воду (НСО3-→ОН-+СО2).
Эта особенность объясняет слабощелочное динамическое равновесие, сложившееся в Мировом океане за сотни миллионов лет, которое обеспечивается подщелачивающим действием океанических солей, в частности, растворенных в морской воде гидрокарбоната кальция (Са(HСО3)2) и магния, ослабляющих подкисление воды СО2, то есть играющих роль буфера.
Карбонатный буфер океана гасит подкисляющее действие СО2, поддерживая рН морской воды на слабощелочном уровне чуть выше 8, и это очень стабильный показатель. Но при значительном увеличении концентрации СО2 эффективность буфера снижается: предполагается, что за триста последних лет рН поверхностного 70-метрового слоя Мирового океана снизился на 0,1, с 8,25 до 8,15, что соответствует почти 30-процентному увеличению концентрации ионов водорода (шкала рН логарифмическая).
По прогнозам через сто лет рН океана снизится еще на 0,15—0,5 в зависимости от сценариев эмиссии СО2.
Как скажется подкисление океана на самочувствии кальцифицирующих организмов — кораллов, моллюсков, но прежде всего мельчайших одноклеточных водорослей кокколитофорид, образующих известковые скелеты?
Похоже, что как минимум в отношении кокколитов, ответственных за гигантские геологические отложения карбоната кальция и составляющих важнейшую часть фитопланктона и океанической пищевой цепи, совсем не так, как предрекают апокалиптически настроенные алармисты, согласно которым подкисление океана будет угнетать кальцификацию, значительно сокращая популяцию планктона и провоцируя драматичный дисбаланс в базовой океанической экосистеме.
Как показал анализ донных отложений в районе Северной Атлантики, средняя масса известкового скелетика кокколита за последние 200 лет отнюдь не уменьшалась, а стабильно увеличивалась с ростом концентрации атмосферного СО2, что также было подтверждено в экспериментах с популяциями кокколитов, размножавшихся в морской воде с разной концентрацией растворенной углекислоты.
Новые, более продуманные и сложные эксперименты, поставленные в Центре океанологии им. Гельмгольца (Германия) биологом Каем Лобеком, профессором Ульфом Рибезеллем и профессором Торстеном Ройшем, показали, что кокколиты
способны очень быстро, всего за 500 поколений, эффективно адаптироваться к изменению рН.
Статью с описанием их экспериментов публикует Nature Geoscience.
В качесте подопытного кокколита немецкие океанографы выбрали одноклеточную водоросль Emiliania huxleyi, отловленную у берегов Норвегии и культивированную в лаборатории в условиях, максимально приближенных к естественным. Использовались две разновидности лабораторной популяции — моноклональная, состоящая из водорослей, имеющих одного предка, и мультиклональная, в которой представлены разные генетические линии.
В течение года эти популяции размножались по отдельности в трех резервуарах, в которых поддерживалась разная концентрация СО2: контрольная, соответствующая современной, средняя, соответствующая прогнозируемой на начало следующего века, и высокая, которая хоть и выходит за пределы прогнозируемой, но, тем не менее, иногда наблюдается в некоторых прибрежных акваториях (например Калифорнийской) при подъеме к поверхности глубинных, обедненных кислородом слоев воды.
Как и следовало ожидать, темпы размножения водорослей, попавших в разные условия, оказались неодинаковыми: за год одна водоросль из контрольной группы сумела размножиться в среднем 530 раз, водоросль, попавшая в среду с рН, каким он, предположительно, будет через сто лет, примерно 500, а водоросль в «экстремальном» резервуаре — 430.
Между тем, поместив через год в резервуар с «будущей» морской водой водоросли из контрольной группы, биологи обнаружили, что кокколиты, проведшие год в резервуаре с повышенной концентрацией СО2,
размножаются существенно быстрей и кальцифицируются намного лучше, чем контрольные, помещенные в среду с повышенным уровнем кислотности.
Другими словами, водоросли сумели за это время успешно адаптироваться к более низкому рН. Интересно, моноклональная популяция адаптировалась даже лучше, чем мультиклональная: они и размножались быстрей, и известковые скелетики у них были массивней. Авторы объясняют это эффектами плейотропии (способности одного гена контролировать сразу несколько полезных признаков: в моноклональной популяции отбор таких генов может происходить быстрей) и клональной интерференции, когда выгодные мутации, возникшие у разных особей, размножающихся, как водоросли, бесполовым путем, конкурируют, а не рекомбинируют в процессе спаривания, что тоже убыстряет адаптацию.
«С биогеохимической точки зрения самым интересным результатом стали быстрые темпы восстановления кальцификации. Считалось, что они должны падать в воде с повышенным СО2, но мы обнаружили, что эта функция успешно восстанавливается уже через 500 поколений кокколитов», — отмечает профессор Рибезелл.
Столь быстрая адаптация ключевых представителей фитопланктона к колебаниям рН ранее никогда не наблюдалась, и это действительно важное открытие,
опровергающее распространенную точку зрения, что окисление океана крайне негативно скажется на самочувствии микроводорослей.
«Наши эксперименты впервые показали высокий потенциал адаптации к относительно быстрым климатическим изменениям, сглаживающей негативные эффекты окисления мирового океана. Это следует учитывать при оценке последствий глобального изменения климата», — резюмирует другой автор статьи профессор Ройш.
Результаты нового эксперимента в общем согласуются с данным предыдущих, а также с анализом донных отложений кокколитов, так что некогда популярную теорию, что из-за повышения концентрации СО2 в атмосфере микроводорослям станет все трудней формировать известковые скелеты, которая до сих пор частенько озвучивается даже специалистами, следует сдать в утиль. Основательной ревизии не избежать также биогеохимическим моделям, согласно которым повышенные концентрации СО2 должны угнетать фитопланктон и изменять сценарии циркуляции карбонатов и углекислоты: в природе, по всей видимости, все происходит несколько иначе.
Впрочем, обольщаться, что другие кальцифицирующие организмы, более крупные и с более долгим циклом размножения, — многочисленные моллюски, кораллы и составляющие планктон ракообразные — смогут адаптироваться к новым условиям также быстро, как стремительно плодящиеся микроводоросли, не стоит.
Не будем забывать, что процесс окисления океана идет беспрецедентно быстро, а у микробиоты с высокими темпами размножения адаптивный потенциал намного выше, чем у крупных и медленно плодящихся животных, которым может не хватить времени, чтобы приспособиться к новым условиям.
Как бы то ни было, кокколитам рост концентрации СО2 в атмосфере ничем серьезным, по всей видимости, не грозит, и даже существенное снижение рН не приведет к коллапсу планктонной микробиоты, составляющей основание пищевой пирамиды Мирового океана.