Российские ученые отследили динамику углекислого газа в поверхностном слое вод Южного океана

Российские ученые выяснили, какие процессы в поверхностном слое вод определяют динамику углекислого газа (СО₂). Так, оказалось, что разложение органического вещества в водах способствует его выделению, а доминирование фотосинтетических 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. Результаты работы опубликованы в журнале Water, о ней сообщает пресс-релиз Минобрнауки.

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 Морского гидрофизического института РАН (Севастополь) 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.

Авторы проанализировали 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.

«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 Морского гидрофизического института РАН Наталья Орехова.

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 CO₂ 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 CO₂ 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 CO2, 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 понимая роли экосистемы Южного океана в цикле углерода и оценке поглощающей способности вод Мирового океана в отношении СО₂. Работы проводились в рамках тем госзадания «Антарктика» (получение данных прямых измерений). Анализ вклада различных составляющих в динамику рСО₂ выполнен по теме «Карбоновый полигон».