Спутники NASA выявили масштабное истощение питательных веществ в океане

Международная группа океанологов из Калифорнийского университета в Ирвайне и экспертов NASA опубликовала в Science Advances первую в истории глобальную карту «океанического голода». Ученые выяснили, что из-за глобального потепления фитопланктон — основа морской пищевой цепи и источник половины земного кислорода — в обширных акваториях хронически недоедает, что ставит под удар климатическую стабильность планеты.

Исследователи проанализировали данные со спутника NASA Aqua за двадцать лет. Прибор на его борту непрерывно фиксировал цвет океана: зеленоватый оттенок обычно указывает на обилие микроводорослей. Однако на этот раз ученые изучали не просто количество планктона, а его внутреннее состояние. Соотношение углерода и хлорофилла в клетках, генетический анализ прохлорококков и сопоставление спутниковых снимков с пробами воды показали: микроорганизмы испытывают стресс от голода.

Причина кроется в базовом физическом законе. Из-за глобального потепления верхний слой океана сильно прогрелся и стал очень легким — он плавает на поверхности, тогда как глубокие холодные слои остаются плотными и тяжелыми. Разница плотности между слоями стала настолько велика, что энергии ветра не хватает, чтобы преодолеть этот термоклин и запустить естественное перемешивание, которое в нормальном состоянии поднимает к поверхности минералы — азот, фосфор и железо. Планктон, нуждающийся в солнечном свете, остался у поверхности, но в воде, лишенной питательных веществ.

Самая тревожная ситуация сложилась в субтропических круговоротах — гигантских малоподвижных областях Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Исключением оказалась Северная Атлантика: местный планктон приспособился настолько эффективно экономить фосфор, что даже при дефиците чувствует себя относительно благополучно.

Ученые также зафиксировали, что уровень стресса микроорганизмов колеблется вместе с естественными климатическими циклами: в периоды похолодания глубинная вода активнее прорывается наверх, и планктон временно получает больше питания. Однако за этими природными качелями скрывается долгосрочный тренд: с 2002 по 2021 год средняя температура поверхности океана неуклонно росла, а вместе с ней увеличивались масштабы зон хронического голода.

При этом авторы работы признают, что их прогноз расходится с эмпирическими спутниковыми наблюдениями, опубликованными в Nature. Те фиксируют обратный процесс — быстрое озеленение Мирового океана из-за увеличения количества фитопланктона. Опыт палеоцен-эоценового термического максимума, когда температуры были на десять градусов выше современных прогнозов, тоже не показывает сокращения планктона: находки организмов в соответствующих слоях более часты, чем в прохладных. Та же картина наблюдается и сегодня: в теплых тропических водах удельная масса фитопланктона на единицу поверхности выше, чем в умеренных и полярных широтах.