Сайты партнеров




GEO приглашает

28-го января в центре современного искусства «Винзавод» c 12:00 до 18:00 пройдет Юна-Фест — выставка-пристройство собак и кошек из приютов


GEO рекомендует

Специальные предложения и скидка 10% от GEO при бронировании размещения на сайте Hotels.com


Океан с кислинкой

Закисление Мирового океана — прямое следствие сжигания нефти, угля и газа. Углекислый газ, вступая в химическую реакцию с соленой морской водой, изменяет экосистему морей. Как реагируют на эту «кислотную атаку» рыбы, планктон и прочие подводные обитатели? Ответ должен дать масштабный биологический эксперимент у берегов Канарских островов
текст:
Nick Cobbing

Луч маяка над гаванью Тальярте на острове Гран-Канария еще прорезает темноту, когда полусонные ученые начинают грузить на борт исследовательского судна пластиковые бутылки, холодильные боксы и приборы для взятия проб воды. Четверть часа вдоль побережья острова и вот, прямо по курсу — бухта Гандо. На волнах покачиваются девять оранжевых конструкций. Над водой они возвышаются на три метра, от каждой из них уходит в глубину пластиковый баллон диаметром около двух и длиной до 20 метров. По сути это гигантский аквариум на 40 тонн воды с морскими обитателями — от водорослей до мальков рыб.

Эти плавучие контейнеры называются «мезокосм». Они установлены у побережья Канарских островов в рамках проекта германского Центра океанических исследований ГЕОМАР, в котором участвуют ученые из разных стран. Их цель — смоделировать изменения в экосистеме Мирового океана примерно до 2150 года. Восемь контейнеров — восемь моделей развития океана, которому грозит закисление. В девятом — контрольный образец.

Закисление морей — брат-близнец глобального потепления. Сжигание ископаемого топлива приводит к выбросам в атмосферу Земли углекислого газа — попадая в морскую воду, он вступает с ней в химическую реакцию, продукт которой — угольная кислота. По данным Всемирной метеорологической организации ООН, скорость повышения кислотности океана достигла максимума за последние 300 миллионов лет.

В этом нет ничего удивительного. За двести лет, прошедшие после изобретения двигателя внутреннего сгорания и начала промышленной революции, концентрация углекислого газа в атмосфере Земли выросла почти в полтора раза: с 280 до 400 пропромилле — так обозначают миллионные доли.

И могла бы вырасти еще больше, если бы Мировой океан не поглощал почти треть углекислого газа, производимого человечеством. Именно поэтому поверхностные воды закисляются. Их уровень pH (показатель кислотности среды) уже снизился с 8,2 до 8,1.

Мало? Как бы не так. При измерении pH используется логарифмическая шкала (причем со знаком минус: pH ниже — кислотность выше). В ней крошечное расхождение в 0,1 пункта соответствует росту кислотности на 26 процентов. И если человечество продолжит сжигать уголь, нефть и газ в нынешних объемах, то к 2100 году кислотность морей может вырасти в 2,7 раза! Что наверняка изменит химический баланс Мирового океана.

По меркам земной эволюции — это молниеносная перемена. И поэтому ученые так волнуются. В истории Земли уже бывали периоды закисления океанов, вот только растягивались они на тысячелетия. Нынешний же уложится всего в несколько десятков лет.

Чем это грозит морским животным и растениям? Как отреагирует на изменившиеся условия фито­планктон — микроорганизмы, стоящие в начале морской пищевой цепочки и вырабатывающие благодаря фотосинтезу огромные объемы кислорода? Как повлияет падение уровня pH на зоопланктон — рачков, рыбьих мальков и крылоногих моллюсков? Что станет с морскими звездами, осьминогами, рыбами? Смогут ли прокормиться хищники на вершине пищевой пирамиды, если ее фундамент расшатается?

Лишь в 1990-е годы ученые смогли научно подтвердить, что закисление угрожает морской экосистеме. Все началось с простых наблюдений — морских ежей и водоросли помещали в закисленную воду и следили за их ростом. Выяснилось, что от агрессивной среды больше всего страдают организмы с известковым панцирем. Мидии, улитки, извест­ковые водоросли — все они добывают из воды строительный материал для своих оболочек: кальций и углекислую соль. При низком уровне pH им придется тратить на это больше энергии. И тогда на другие жизненно важные задачи — например, на размножение — у них может просто не остаться сил.

У некоторых видов рыб в кислой среде нарушается обоняние и ухудшается зрение. Снижаются шансы на выживание и у иглокожих. Но есть те, кто выиграет от закисления. Например, у гигантских водорослей и морской травы из-за переизбытка углекислоты активизируется фотосинтез и начинается неконтролируемый рост.

Но точечных и краткосрочных исследований недостаточно, чтобы оценить реальный масштаб возможных изменений, уверен Ульф Рибезель. Биолог и океанограф из ГЕОМАР руководит проектом у берегов острова Гран-Канария. По его словам, пришло время для глубокого и длительного изучения биологических сообществ и экосистем. Без них прогнозировать будущее океана невозможно.

А поскольку природа гораздо сложнее и непредсказуемее лаборатории, исследования нужно перенести в реальные условия. Первые прототипы своих «аквариумов» немецкие ученые установили в море в конце 2000-х. В 2010 году «мезокосмы» были пришвартованы
у Шпицбергена, в 2011-м — в Северном море у норвежского Бергена, год спустя — в Балтийском море у южной оконечности Финляндии. А в 2013-м
провели пять месяцев
в шведском фьорде Гульмар.

Теперь — Канарские острова. 19-й день эксперимента. Вода в заливе Гандо такая чистая, что погруженные в нее пластиковые шланги видны на глубине двенадцать метров.

Акватория Канарских островов бедна питательными веществами. В этой морской пустыне совсем мало растительности, которая могла бы помешать наблюдениям. Потому исследователи и выбрали это место.

Как будет меняться местная биосистема по мере закисления воды? Так же, как в холодных, богатых органикой морях севера — или по-другому?

Ученые пересаживаются на три моторные лодки и начинают кружить вокруг «мезокосмов». Рибезель откачивает осадочные отложения из ловушек в нижней части баллонов. В бурой жиже перемешаны продукты жизнедеятельности и остатки всевозможных морских организмов. Это ценнейший биологический мусор. Ведь он расскажет ученым, сколько на морском дне органики, которая унесла с собой в глубину углекислый газ, поглощенный с поверхности моря.

Аспирант из Центра океано­графических исследований Пауль Штанге причаливает на моторной лодке к «мезокосму» номер девять. Команда прикрепляет к крюку с карабином пробоотборник, промывает его и спускает на тросе в баллон. Прибор собирает образцы воды с разных глубин. По ним можно получить полное представление о том, что происходит внутри баллона. Два ассистента вытягивают «улов». Часть проб сразу отправляют в темный холодильный бокс. Другие герметично закрывают, чтобы из них не улетучился газ.

В порт Тальярте моторная лодка возвращается с ценным грузом на борту — более 600 литров воды. Пробы нужно немедленно проанализировать в лаборатории. Гидробиолог Керстин Сафриэн из США охотится за летучей субстанцией — диметилсульфидом (ДМС). Именно этот газ придает морю специфический аромат — запах водорослей с тонкой ноткой серы.

Первоначальную молекулу ДМСП — диметилсульфониопропионат — вырабатывают некоторые виды фитопланктона. Миллиарды тонн, год за годом. В глобальной климатической системе продукту распада ДМСП, диметилсульфиду (ДМС), отведена роль охлаждающего газа. Он испаряется из Мирового океана в атмосферу, где превращается в мелкие частицы — ядра конденсации облаков. А облака отражают солнечный свет, отбрасывая тень на земную поверхность.

Результаты анализа, полученные Керстин Сафриэн, совпадают с данными наблюдений в северных морях: чем выше уровень кислотности в «мезокосме», тем меньше ДМСП вырабатывает фитопланктон. А это значит, что парниковый эффект, вызванный человеком, усугубляется потеплением климата в результате закисления морей. Из-за этого планета разогревается еще быстрее. И «облачный зонтик» от солнца при избытке углекислого газа в атмосфере как раз бы не помешал.

Тем временем в соседней лаборатории обливается потом Леннарт Бах. Перед ним на столе стоит небольшой цилиндр, нашпигованный печатными платами. Но это не робот, а проточный цитометр. С помощью лазерного сканера он начинает подсчет фитопланктона в пробе воды.

В ходе экспериментов с применением «мезокосмов» в северных широтах выяснилось, что главный выгодополучатель от закисления морей — пикопланктон, мельчайшие фотосинтезирующие организмы размером до двух тысячных миллиметра. Они поглощают все растворенные в воде питательные вещества, оставляя ни с чем более крупные планк­тонные виды. А заодно зоопланктон и морских животных, которые им питаются. В результате хрупкий баланс пищевой пирамиды, построенный на взаимной зависимости хищников и их добычи, расшатывается. Не менее опасно и другое последствие пикопланктонного бума. Из-за него в Мировом океане слабеет напор «биологического насоса», который переносит огромные массы органики с поглощенным углекислым газом в морские глубины, где он надол­го консервируется.

Дело в том, что одноклеточные организмы пикопланктона практически невесомы, и поэтому не могут опуститься на дно. Как показывают наблюдения за «мезокосмами», они всплывают на поверхность, где разлагаются под действием бактерий. В итоге углекислота, поглощенная ими, не консервируется на глубине, а улетучивается в атмосферу.

Ученые опасались, что и у берегов Гран-Канарии пикопланк­тон тоже будет разрастаться,
создавая угрозу для остальных видов. Но в субтропических широтах Атлантики пикопланктон оказался в числе проигравших.

В победителях оказались циано­бактерии. Их концентрация повысилась с 15 до 80 тысяч на миллилитр морской воды.

Руководитель экспедиции разочарован: «Закономерности, выявленные в холодных морях, богатых питательными веществами, не действуют в бедных органикой субтропических водах». Очередной сюрприз природы. «В бедных пищей морях пикопланктон не сможет выдержать конкуренцию с цианобактериями», — считает Ульф Рибезель.

Эффект «биологического насоса» изучает и Силке Лишка. Она корпит над микроскопом, выискивая в жиже донных отложений фораминифер и стромбид. Раковинные корненожки фораминиферы — многовидовой отряд одноклеточных, обитающих почти исключительно в море. Как и крылоногие стромбиды, они покрыты известковой оболочкой. В северных морях они перемещаются многотысячными массами. Там это любимое лакомство китов. Такого крошечного моллюска, как Limacina inflata, можно рассмотреть только под микроскопом. Прозрачное тело, закрученная спиралью раковина. А по бокам — две лопасти, похожие на крылышки.

Фораминиферы и крылоногие — важные элементы в механизме «биологического насоса». Умирая, они погружаются на дно, унося с собой поглощенный при жизни углекислый газ. И слепляются в комки с другими мертвыми организмами, экскрементами и ворсистыми частицами биомассы. Утяжеленный таким балластом биомусор опускается на дно быстрее. Иначе говоря, напор «биологического насоса» возрастает.

Кислота в плавучих «аквариумах» разъедает известковые оболочки. Ученые уже наблюдали такое во время эксперимента у побережья норвежского Бергена в 2011 году. Результаты других исследований показывают, что раковины фораминифер уже намного тоньше, чем в доиндустриальную эпоху.

Изъеденные кислотой, потерявшие в весе раковины — плохой балласт для «биологического насоса», закачивающего углекислый газ вглубь морей.

Только в начале декабря 2014 года эксперимент подходит к концу. «Мезокосмы» извлечены из воды. И отправлены обратно в Киль. Два месяца у Канарских островов работала «машина времени», позволяющая заглянуть в будущее океана. Но что такое два месяца в масштабах эволюции? За это время можно отследить изменения в структуре биологических сообществ, но невозможно получить ответ на краеугольный вопрос: смогут ли морские организмы приспособиться к усиливающемуся закислению?

«У них достаточно большой потенциал адаптации. Но они явно не смогут на сто процентов нивелировать вред от изменения среды их обитания», — делает вывод Ульф Рибезель. Это подтверждают и долгосрочные наблюдения за Emiliania huxleyi — морскими водорослями с известковым скелетом. Они, как и фораминиферы с крылоногими моллюсками, служат балластом для органики, погружающейся на дно.

Гидробиологи из Киля нес­колько лет выращивали эти водоросли в лаборатории, поместив их в среду с повышенным содержанием двуокиси углерода. За это время сменилось 1800 поколений Emiliania huxleyi. Постепенно адаптируясь, эти водоросли сумели выжить в кислой воде. Но строить известковый скелет им было все сложнее. И это в чистой лабораторной воде. «А что ждет их в открытом море, где нужно бороться с конкурентами?» — задается вопросом Ульф Рибезель. Они могут быстро проиграть в борьбе за существование организмам, которые не тратят энергию на строительство известковых скелетов. И это при том, что смена поколений у Emiliania huxleyi происходит очень быстро. А значит, им легче приспособиться к меняющимся условиям благодаря генетическим мутациям.

времени до того момента, когда уровень pH в оке­анах опустится до своей критической отметки, остается совсем немного. Хватит ли его более высокоразвитым организмам для адаптации к новым условиям? Например, рыбы размножаются совсем не так активно. И поколения у них сменяются гораздо реже. Вряд ли врожденные адаптивные способности помогут выжить всем обитателям морей, считают гидробиологи.

«Жизнь в морях, конечно, сохранится», — говорит Рибезель. И купаться в них мы сможем и дальше. Но экосистема Мирового океана станет другой. Какими последствиями это чревато для человечества, которое использует океан как источник пищи и сырья? Точно предсказать это пока не берется никто.

Возможно, какое-то время ситуация будет оставаться приемлемой. Но однажды наступит переломный момент, опасается Ульф Рибезель, после которого у нас не останется ни единого шанса остановить закисление.

Предотвратить это можно только одним способом, уверен немецкий ученый. Необходимо последовательно сокращать выбросы парниковых газов.

30.07.2015