Экстремальная кислотность

Чем грозит асидификация морей Мирового океана

В ВЕДУЩЕМ МИРОВОМ ИЗДАНИИ В ОБЛАСТИ НАУК О ЗЕМЛЕ, ЖУРНАЛЕ NATURE GEOSCIENCE, ОПУБЛИКОВАНА СТАТЬЯ «ACIDIFICATION OF EAST SIBERIAN ARCTIC SHELF WATERS THROUGH THE ADDITION OF FRESHWATER AND TERRESTRIAL CARBON», ПОСВЯЩЕННАЯ ВЫЯВЛЕНИЮ НОВОГО МЕХАНИЗМА АСИДИФИКАЦИИ (ПОДКИСЛЕНИЯ) ВОД, ОБНАРУЖЕННОГО НА ВОСТОЧНО-СИБИРСКОМ ШЕЛЬФЕ. ЭТА РАБОТА — РЕЗУЛЬТАТ МНОГОЛЕТНИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ НА РУБЕЖЕ 20 И 21 ВЕКОВ МЕЖДУНАРОДНОЙ ГРУППОЙ, В СОСТАВ КОТОРОЙ ВОШЛИ УЧЕНЫЕ ИЗ СЕМИ УНИВЕРСИТЕТОВ И ИНСТИТУТОВ РОССИИ, ШВЕЦИИ И США, ОБЪЕДИНЕННЫЕ В РАМКАХ МЕЖДУНАРОДНОЙ ЛАБОРАТОРИИ УГЛЕРОДА АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ В ИНСТИТУТЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ЛАБОРАТОРИИ — ПРОФЕССОР ИГОРЬ СЕМИЛЕТОВ, И ПРОФЕССОР НАТАЛЬЯ ШАХОВА ОТВЕТИЛИ НА ВОПРОСЫ ГАЗЕТЫ «ЗА КАДРЫ. ТПУ» И ПРОКОММЕНТИРОВАЛИ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭТОЙ РАБОТЫ.

— В чем актуальность и новизна этой работы, опубликованной в престижном журнале группы Nature?

Игорь Семилетов: — Принято считать, что природная кислотность (асидификация) вод Мирового океана выведена из равновесия за счет поглощения из атмосферы избыточной двуокиси углерода (СО2), поступившей в результате деятельности человека — сжигания ископаемого топлива, сведения лесов и т.д. Это привело к значимому увеличению кислотности. С начала так называемой индустриальной революции (точка отсчета 1890 год. — Прим. авт.) средняя концентрация ионов водорода в Мировом океане увеличилась на 30 %, что в терминах водородного показателя, рН (отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода), соответствует изменению от 8.2 до 8.1. Показано, что такие изменения приводят к растворению кальцит-содержащих ракушек моллюсков, панцирей других морских организмов и в конечном итоге к нарушению функционирования пищевых цепей и к другим серьезным экологическим последствиям. Так, с эффектом асидификации связывают массовую гибель кораллов в тропических широтах Мирового океана. Поэтому морскую воду, в которой происходит растворение кальцит-содержащих организмов, называют коррозионной водой.

В нашей статье мы на примере Восточно-Сибирского шельфа (ВСШ) показываем, что в различных районах Мирового океана может работать механизм асидификации, отличный от общепринятого.

На основе данных, полученных за 12 лет (1999–2011), показано, что экстремальная асидификация вод ВСШ — самого широкого и мелководного шельфа Мирового океана — определяется темпами деградации прибрежной мерзлоты, что приводит к экспорту древнего углерода, ранее законсервированного в мерзлоте в океан, где происходит окисление органического вещества до СО2, что и приводит к значительному понижению рН — увеличению концентрации ионов водорода в ВСШ. Другим фактором асидификации в Северном Ледовитом океане является эффект распреснения вод за счет увеличивающегося стока сибирских рек. В ВСШ, который является преемником стока крупнейших рек Сибири: Лены, Яны, Индигирки, Колымы — этот фактор асидификации является вторым по значимости после окисления эрозионного углерода наземного происхождения.

Также нами исследовалась роль влияния распресняющего эффекта таяния льдов — оказалось, что он играет небольшую роль в асидификации ВСШ по сравнению с рассмотренными выше факторами.

— Пожалуйста, расскажите подробнее о наиболее аномальных проявлениях асидификации на Восточно-Сибирском шельфе и наиболее важных экологических последствиях, вызванных такой экстремальной асидификацией.

Наталья Шахова: — Мы сравнили асидификационный эффект для океанографических станций, выполненных в районе, наиболее подверженном береговой эрозии, то есть массированному транспорту эрозионного углерода с его последующим окислением в море и в реке Лене с ее эстуарией. Оказалось, что аномально низкие значения рН (до 7.4) были обнаружены на участке, максимально подверженном эрозии, — увеличение концентрации ионов водорода до 500 % и выше от «нормального» состояния (под которым понимается некоррозионное состояние вод). Для сравнения: в реке Лене и в ее эстуарии увеличение концентрации ионов водорода составило от 100 до 150 % от некоррозионного состояния.

Изучение распределения плотности биомассы донных организмов (макробентоса) в этих районах показало многократное снижение в районах с максимальными значениями растворенного СО2, аккумулированного в воде в результате окисления эрозионного углерода.

— Насколько значим новый результат для понимания-уточнения ранее принятых оценок асидификации Северного Ледовитого океана? Нужно ли продолжать исследования в этом направлении?

Игорь Семилетов: — В 2013 году была опубликована экспертная оценка потенциальной асидификации вод ВСШ для 2100 года, основанная на возрастающем поглощении антропогенного СО2 из атмосферы (ссылка на цитируемую литературу № 1, см. статью). Если сравнить рис. 1б из нашей статьи с рис. 10 из сопроводительных материалов-Supplementary Materials, то становится очевидным, что наблюдаемая экстремальная асидификация вод ВСШ уже значительно превзошла предсказанную на 2100-й год. Это значит, что уровень моделирования основных механизмов природных процессов, ответственных за асидификацию вод в Северном Ледовитом океане, пока далек от реальных процессов.

Наталья Шахова: — Я бы хотела добавить, что возрастающая роль деградации прибрежной мерзлоты в поставке эрозионного углерода (с последующим окислением до СО2) в океан, наряду с увеличивающимся речным стоком, актуальна не только для ВСШ, но и для всего Северного Ледовитого океана, так как коррозионные (растворяющие кальцит организмов) воды ВСШ переносятся в глубокую часть океана. Этот процесс довольно быстрый, как было нами показано в статье, опубликованной в прошлом году («The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice». Phil. Trans. R. Soc. A, vol. 373: 20140451.http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2014.0451). Водные массы ВСШ достигают самые удаленные районы Северного Ледовитого океана в течение двух-трех лет. Очевидно, что требуются дальнейшие исследования, направленные на уточнение траекторий транспорта вод ВСШ и роли выявленных нами процессов в других районах Северного Ледовитого океана, подверженных экспорту эрозионного углерода и речному стоку.

Статья доступна на сайтах журнала Nature, Nature Geoscience

Беседовала Мария Алисова