Северные территории, скованные многолетней мерзлотой, выступают гигантским хранилищем органического материала. По мере того как климат прогревается, ледяные «капсулы» разрушаются, высвобождая древний углерод, который морские течения могут уносить в океан. Там он способен трансформироваться в парниковые газы, усугубляя глобальное потепление.
Фото: Институт Альфреда Вегенера/Ярослав Обу
До настоящего момента научное сообщество располагало лишь фрагментарными данными о том, какая часть этого углерода возвращается в атмосферу, а какая остаётся в морской среде. Группа специалистов из Института Альфреда Вегенера и MARUM – Центра науки о морской среде Бременского университета – предприняла детальное исследование данного процесса в зоне вечной мерзлоты у побережья острова Гершель (известного также как Кикиктарук).
Изучив керны донных отложений, учёные установили, что значительная доля наземного материала захоранивается на морском дне. При этом морские микроорганизмы проявляют избирательность: они охотнее потребляют свежий океанический углерод, нежели «древний» углерод, высвобожденный из мерзлоты. Итоги работы были представлены в журнале Nature Geoscience.
Колоссальные запасы под угрозой таяния
Экосистемы вечной мерзлоты арктической суши содержат порядка 1300 гигатонн органических остатков, основную массу которых формируют растительные фрагменты. Дополнительные 400 гигатонн заключены в океанских отложениях и речных дельтах.
Арктика нагревается заметно быстрее остальной планеты, что провоцирует таяние мёрзлых грунтов и эрозию берегов. Ранее изолированный в почве углерод устремляется в Северный Ледовитый океан через речной сток и разрушающиеся прибрежные массивы. По оценкам, ежегодно туда попадает до 0,02 гигатонны, а к 2100 году этот поток, вероятно, возрастёт на 70–150 процентов.
«Однако то, какая доля этого материала впоследствии выделяется в атмосферу как парниковые газы, а какая остаётся на дне, до сих пор практически неизвестно», — подчёркивает доктор Мануэль Рубен из Института Альфреда Вегенера (AWI), ведущий автор публикации.
Ликвидация этого пробела критически важна для понимания того, как таяние мерзлоты скажется на климатической системе: учёным нужно проследить конечный пункт назначения углеродных выбросов.
Керны показывают, куда уходит углерод
Для ответа на поставленные вопросы исследователи отобрали колонки донных осадков в нескольких локациях у побережья острова Гершель. Образцы охватывают осадочный слой, накопившийся за последние примерно 50 лет.
Выяснилось, что лишь незначительная часть углерода, приносимого с суши, вовлекается в активный биогеохимический цикл. «Море получает с берега огромное количество органики, но в активном океаническом углеродном цикле оказывается удивительно малая её доля, — комментирует Мануэль Рубен. — Микробы перерабатывают лишь около 10 процентов органического вещества из отложений в газы, которые поднимаются в толщу воды и могут достигнуть атмосферы».
Оставшаяся часть органики остаётся погребённой на океанском дне, исключая её из быстрого оборота.
Химические сигналы раскрывают активность микробов
В ходе работы специалисты проанализировали состав кернов и оценили скорость, с которой материал из вечной мерзлоты накапливается на дне в последнее время. Отдельное внимание было уделено растворённому неорганическому углероду, содержащемуся в поровой воде — микроскопических полостях между осадочными частицами. Эти замеры позволяют судить об объёмах выделяющегося CO2, образующегося при потреблении органики.
Изотопный анализ поровой воды дал возможность выявить происхождение этого углерода. «Изотопы выступают в роли атомных маркеров, позволяющих проследить источник питания микробов, — поясняет профессор Гезине Молленхауэр, геохимик из AWI и сопредставитель кластера передового опыта „Дно океана – неизведанная поверхность Земли“. — К примеру, соотношение изотопа 13C указывает на то, какой именно тип органического вещества потребляется».
углерод с суши или с моря. С помощью изотопа 14С мы смогли определить, являются ли одноклеточные тела старым органическим углеродом из вечной мерзлоты или свежим органическим углеродом из остатков воды».
"Гурман" Бактерии получают свежий углерод
Результаты показывают, что организации, живущие в предложениях, не заинтересованы во всех типах организаций.
«Осадки являются домом для «изысканных» опасностей, которые, очевидно, сохраняют свежий углерод, полученный, например, из остатков более поздних водяней, а не «старый» углерод из отложений вечной мерзлоты»; мудрость Гезине Молленхауэр.
Поскольку микробы представляют собой свежий морской материал, более старый углерод от таяния вечной мерзлоты может вносить меньший вклад в уровень парниковых газов в атмосфере, чем когда-то опасались ученые.
Однако исследователи предупреждают, что полная картина еще не ясна.
«Однако здесь нам нужны дальнейшие исследования. Это связано с тем, что часть органического выделения из вечной мерзлоты, возможно, уже произошла еще до того, как достигла морского дна».
Углерод прибрежных районов может изменить арктические экосистемы
Перемещение суши в океан может привести не только к выбросу парных газов. Это также может изменить химический состав и биологию морских вод, что приведет к возникновению энергетических ресурсов для местного населения.
Отложения, образующиеся в результате прибрежной эрозии, могут уменьшить количество солнечного света, попадающего в воду. Свежеразмытые обломки делают прибрежный океан мутным, растворенный органический углерод может затем растворить воду.
Эта потеря света может происходить на одноклеточных организмах, таких как воды, которым необходим солнечный свет для производства биомассы и кислорода. Эта первичная продукция производит более распространенную пищевую сеть, включающую рыбу, ракообразных и тюленей.
Исследователи планируют продолжить изучение этих связей в ходе международной кампании «Арктический пульс», запланированной на 2027 год. Ученые будут проводить скоординированные наблюдения с исследовательским ледоколом Polarstern, на борту исследовательского самолета AWI и на суше. Их цель — понять, насколько быстрое изменение окружающей среды трансформирует арктические экосистемы.
Улучшение моделей арктического климата
«Наше исследование точнее, чем когда-либо прежде, показывает, сколько средств безопасного хранения на морском дне — и какая часть разложившегося материала на самом деле происходит из древней вечной мерзлоты», — говорит он. говорит Мануэль Рубен. «Это создает основу для климатических моделей, которые могут предсказывать последствия вечной мерзлоты для глобального климата».