Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, глобальная климатическая система может столкнуться с ранее недооценённым фактором усиления. Учёные из Рочестерского университета идентифицировали ключевой механизм, благодаря которому открытый океан способен производить метан — мощный парниковый газ. Этот процесс, как выяснилось, может интенсифицироваться по мере прогрева вод, создавая потенциально опасную петлю положительной обратной связи для изменения климата.
Долгое время научное сообщество сталкивалось с парадоксом: в насыщенных кислородом поверхностных водах океанов обнаруживались повышенные концентрации метана. Обычно образование этого газа ассоциируется с бескислородными условиями, царящими, к примеру, на болотах или в глубинных морских отложениях. Разрешить это противоречие удалось группе исследователей под руководством Томаса Вебера, доцента кафедры наук о Земле и окружающей среде. В работе, наряду с аспирантом Шэнью Ваном и постдокторантом Хайронгом Сюем, был проанализирован обширный глобальный массив данных и применено компьютерное моделирование.
Нехватка питательных веществ как триггер для микробов
Результаты исследования указывают на нестандартный биологический путь. Определённые виды бактерий начинают продуцировать метан в процессе переработки специфических веществ, однако ключевым условием для запуска этой реакции является дефицит фосфатов. «Это означает, что нехватка фосфатов служит основным регулятором производства метана и его окисления в открытом океане», — пояснил Томас Вебер. Таким образом, производство метана в богатых кислородом водах, вопреки прежним представлениям, может быть широко распространённым явлением, особенно в регионах, испытывающих недостаток этого критически важного питательного вещества.
Открытие переворачивает устоявшиеся взгляды на роль океана в углеродном цикле. Мировой океан, традиционно рассматриваемый как буфер, смягчающий последствия антропогенных выбросов, может незаметно способствовать ускорению глобального потепления через описанные микробные процессы.
Потепление океанов может увеличить выбросы метана
Особую тревогу вызывает потенциальная связь этого механизма с изменением климата. Прогревание вод, происходящее от поверхности вглубь, усиливает стратификацию океана — увеличение разницы в плотности между тёплыми верхними и более холодными нижними слоями. Это, в свою очередь, затрудняет вертикальное перемешивание, которое доставляет богатые фосфатом глубинные воды к поверхности. В результате поверхностные зоны океана, где происходит активный фотосинтез, будут испытывать всё большую нехватку фосфатов, создавая идеальные условия для активизации метаногенеза у специализированных бактерий.
Следовательно, чем сильнее нагревается планета, тем более выраженным может становиться дефицит фосфора в верхних слоях океана, что потенциально ведёт к увеличению объёмов производимого микробами метана и его последующему выбросу в атмосферу. Данный сценарий описывает классическую петлю положительной обратной связи, способную незаметно, но существенно ускорить темпы климатических изменений.
и между поверхностными водами и более глубокими слоями.
«Изменение климата приводит к нагреванию океана сверху вниз, увеличению разницы в плотности между поверхностными и внутренними водами», — сказал он. Вебер говорит. «Ожидается, что это замедлит вертикальное перемешивание, которое переносит питательные вещества, такие как фосфат, с понижением».
При меньшем перемешивании меньше питательных веществ попадает на поверхность. Согласно модели команды, это может привести к тому, что поверхностные воды будут все больше обедняться фосфатами, создавая идеальные условия для роста микробов, производящих метан.
Потенциальная петля обратной связи по исключению
Если это произойдет, океан может выпустить в атмосферу еще больше метана. Поскольку метан является очень мощным парниковым газом, это вызывает тревожный цикл. Более теплые океаны приводят к росту мирового метана, что, в свою очередь, способствует перспективам потепления.
Исследование показывает, что микроскопические процессы в океане могут иметь далеко идущие глобальные последствия.
Недостающий элемент в климатических моделях
Важное замечание: этот тип обратной связи до сих пор не включен в большинство основных климатических моделей. Поскольку ученые работают над улучшением прогнозов, учет взаимодействий может иметь решающее значение для понимания того, что теперь очень быстро и серьезно будет прогрессировать изменение климата.
«Наша работа поможет заполнить ключевой пробел в прогнозах климата, которые часто упускают из виду взаимодействия между изменяющейся внешней политикой и сохраняющимися источниками парниковых газов в атмосфере», — сказал он. Вебер говорит.