В безмолвных глубинах мирового океана, практически незримо для человеческого глаза, ежесуточно разворачивается величайшая по масштабам биомассы миграция. Подчиняясь циклам, задаваемым Солнцем и Луной, триллионы мельчайших организмов — зоопланктона, криля, миктофид — синхронно устремляются из темноты глубин к поверхности, привлеченные цветением фитопланктона. Ночной пир, проходящий в относительной безопасности от визуально ориентированных хищников, завершается с рассветом, когда эти существа вновь отступают вниз. Однако фундаментальные условия этого древнего ритма начали меняться: обширные акватории открытого океана за последние десятилетия подверглись загадочному и устойчивому затемнению.
Первооткрывателями данной тревожной тенденции стали исследователи под руководством Тима Смита, морского учёного из Плимутской морской лаборатории в Великобритании. Их работа, результаты которой были обнародованы в прошлом году, впервые задокументировала эту закономерность для открытых вод. С тех пор научная группа продолжает скрупулёзно изучать трансформацию океанов, вызванную глобальным потеплением и изменениями в землепользовании, уделяя особое внимание той ключевой роли, которую свет играет в формировании морских экосистем. В эксклюзивном интервью для нового учёного Смит подробно остановился на причинах этого феномена, его потенциальных последствиях и возможных путях смягчения негативных эффектов.
Диалог с исследователем: в поисках причин океанического затемнения
Томас Льютон: Каким образом вам удалось обнаружить, что значительные участки океана теряют прозрачность?
Тим Смит: Наш подход к этому вопросу был, можно сказать, окольным. На протяжении последнего десятилетия я совместно с Томом Дэвисом, специалистом по морской экологии из Плимутского университета, исследовал проблему искусственного светового загрязнения в ночное время. В рамках данного проекта мы провели масштабный анализ глобальных спутниковых данных, охватывающих 20-летний период, с целью отследить динамику оптических свойств океанических вод. К нашему немалому удивлению, анализ выявил чёткие и устойчивые тренды, указывающие на повсеместное затемнение, что означает снижение прозрачности поверхностных вод.
новятся более непрозрачными для падающего света. Вместо случайных пятен, разбросанных по мировому океану, эти изменения образуют большие взаимосвязанные регионы. В целом мы обнаружили, что примерно пятая часть мировых океанов тем или иным образом потемнела.
Почему океан темнеет?
В прибрежных регионах потемнение океана тесно связано с изменениями в реках, впадающих в море. Вдоль береговой линии изменения в землепользовании влияют на то, что растворяется или взвешивается в воде, что, в свою очередь, изменяет оптическое качество воды, поступающей в океан. Например, когда ландшафт меняется с лесного на сельскохозяйственный, это влияет на то, как материалы смываются в реки. Во время паводков реки переносят гораздо больше взвешенных частиц и гораздо более высокие уровни цветных растворенных органических веществ — веществ, которые придают рекам цвет «замоченного чая».
Еще одним ключевым фактором потемнения прибрежных районов океана является нагрузка питательными веществами. Удобрения, используемые в промышленном сельском хозяйстве, смываются в реки, стимулируя рост фитопланктона. Когда цветение фитопланктона усиливается, оно уменьшает глубину проникновения света в толщу воды. В течение некоторого времени мы знали, что прибрежные воды темнеют, но теперь мы обнаружили, что эти изменения выходят за пределы береговой линии: происходит также более широкомасштабное затемнение открытого океана.
Что вызывает изменения в открытом океане?
Они могут быть связаны с изменениями в цветении фитопланктона, вызванными изменением климата. Во всем мире мы наблюдаем повышение температуры океана, более частые морские волны тепла и изменения солености в некоторых регионах. В совокупности эти изменения влияют на крупномасштабные модели циркуляции океана.
Цветение фитопланктона само по себе зависит от сочетания света, питательных веществ, температуры и вертикальной структуры водного столба. Зимой открытый океан обычно сильно перемешивается штормами, проносящимися по поверхности. Но с приходом весны начинают формироваться более устойчивые поверхностные слои. Эти стратифицированные поверхностные слои ограничивают вертикальное перемешивание, концентрируя свет и питательные вещества в верхних слоях океана, где фитопланктон может наиболее эффективно расти.
Итак, я подозреваю, что мы наблюдаем сложное взаимодействие измененных моделей глобальной циркуляции и более локализованных изменений в погоде, таких как более солнечные условия и все более стабильные поверхностные воды, все из которых способствуют росту фитопланктона и способствуют более широкому затемнению открытого океана.
Как потемнение океана влияет на морские экосистемы?
Полезно подумать о различных уровнях океана пищевой сети. На самом нижнем уровне находятся первичные продуценты — фитопланктон, который может быть одной из причин потемнения. Следующим уровнем является зоопланктон, такой как копеподы Calanus , которыми питаются рыбы. Каланус копеподы действительно важны, потому что они являются средней точкой первой части пищевой цепи. Они совершают так называемую вертикальную миграцию, перемещаясь на сотни метров вверх и вниз по толще воды каждый день.
В дневное время они спускаются на глубину от 200 до 300 метров, где уровень освещенности намного ниже, что затрудняет охоту на них визуальным хищникам, а затем, в ночное время, они возвращаются на поверхность, чтобы питаться.
Это крупнейшая миграция биомассы на планете. Когда вы думаете о сезонной миграции видов на планете, вы сразу же вспоминаете чудесное повествование Дэвида Аттенборо об антилопах гну в Серенгети. В Серенгети мигрирует около пары миллионов антилоп гну. Но то, что мы наблюдаем в океанах, — это гораздо более масштабная — но практически невидимая — миграция зоопланктона в масштабах, которые затмевают миграцию антилоп гну. Ежедневно это делают несколько гигатонн зоопланктона, около 10 квинтиллионов особей.
Итак, что же произойдет с этими существами, если свет не будет проникать в воду так глубоко?
Общий вывод, где имеются области затемнения, заключается в том, что мы вертикально сжимаем пригодную для использования среду обитания поверхностных слоев океана на десятки, если не сотни метров – это немного похоже на сжимание населения Лондона до размеров Гайд-парка. Если вы сжимаете способность организмов расти, передвигаться, охотиться, общаться, размножаться и фотосинтезировать на меньшую территорию, тогда конкуренция за ресурсы станет острой. В краткосрочной перспективе некоторым видам может стать легче хищничать, поскольку они смогут тратить меньше энергии на выслеживание добычи. Все это имеет косвенные последствия для таких вещей, как пищевые сети и глобальное рыболовство – хотя мы еще не знаем, каковы будут более широкие последствия.
Рыбы, которые во время охоты полагаются на зрение, от мелких стайных видов до более крупных хищников, таких как тунец, также могут обнаружить, что их охотничьи угодья сжаты ближе к поверхности. Между тем, фитопланктон – микроскопические растительноподобные организмы, которые лежат в основе морской пищевой цепи и производят около половины кислорода, которым мы дышим – могут обнаружить, что глубины, на которых они могут фотосинтезировать, меняются по мере того, как океан становится темнее.
Является ли затемнение океана по-прежнему проблемой по ночам?
Да. Дневной свет – это еще не все. Мы также рассмотрели, что происходит под лунным светом. Для человеческого глаза море ночью кажется почти полностью черным, но для многих морских животных удивительно важно слабое сияние луны. Он помогает направлять ночные миграции и сигнализирует, когда можно безопасно подняться на поверхность для кормления, а когда можно вернуться в темноту внизу.
Наше лунное моделирование показывает, что по мере того, как океан становится более мутным, этот слабый свет изо всех сил пытается проникнуть в воду. Результатом может стать тонкий, но значимый сдвиг в подводном ночном пейзаже: тонкий слой океана, освещенный лунным светом, может стать мельче. Для существ, которые зависят от этих тонких световых сигналов, которые могут сжимать свой ночной мир ближе к поверхности, потенциально изменяя, кто кого встречает в темноте.
Каковы глобальные последствия всех этих изменений?
Потемнение океана также имеет значение для таких вещей, как круговорот углерода. Если зоопланктон не уходит на такие большие глубины, как раньше, чтобы избежать нападения хищников, поскольку уровень освещенности ограничен этим верхним уровнем, это означает, что они не так эффективно удаляют углерод из атмосферы. Когда зоопланктон умирает, он опускается на дно океана и запирает углерод, хранящийся в его телах, но если он не погружается на такую большую глубину, то у него меньше возможностей переносить этот углерод в глубины океана. Вместо этого большая его часть, вероятно, останется в верхних слоях, где ее можно будет выдыхать обратно в атмосферу, а не запирать на десятилетия или столетия.
Но разобраться с экспортом углерода из освещенных верхних слоев океана на морское дно непросто. Спутники дают нам этот фантастический глобальный масштаб, но только на поверхности. У нас есть лишь несколько достаточно долгосрочных полевых наблюдений, которые измеряют стекание углерода с верхней части толщи воды на морское дно.
Можно ли что-нибудь сделать, чтобы обратить вспять потемнение океана?
В некоторых местах да. Прибрежные воды особенно чувствительны к тому, что происходит на суше, особенно в сельском хозяйстве. Удобрения, почва и органика, смываемые с полей, могут попасть в реки и, в конечном итоге, в море, где они увеличивают количество светопоглощающих веществ в воде. Это означает, что улучшение того, как мы управляем землей, может помочь восстановить некоторую прозрачность прибрежных зон. Одной из попыток решить эту проблему является программа AgZero+, возглавляемая Британским центром экологии и экологии. Гидрология, которая объединяет ученых и фермеров для разработки климатически нейтральных сельскохозяйственных систем с низким уровнем загрязнения, которые сокращают стоки, одновременно защищая почвы, биоразнообразие и качество воды. В рамках проекта тестируются такие подходы, как более разумное использование удобрений, природные решения, такие как агролесоводство, и лучшее управление речными водосборами, чтобы вода – и питательные вещества, которые она несет, – перемещались с суши в море медленнее. Подобные изменения могут помочь ограничить потемнение прибрежных вод.
Однако в открытом океане с водителями справиться гораздо сложнее. Даже если завтра глобальные выбросы упадут до нуля, океану потребуются десятилетия, если не столетия, чтобы отреагировать.
Есть ли уже надежда на океаны?
Абсолютно. Одно из самых обнадеживающих открытий последних лет заключается в том, насколько устойчивым может быть океан, когда ему дается такая возможность. Морские экосистемы могут восстановиться на удивление быстро, если будут защищены ключевые виды и места обитания. Возьмите леса водорослей вдоль побережья Калифорнии. После сильных морских волн тепла в период с 2014 по 2016 год ученые обнаружили, что водоросли, растущие внутри хорошо управляемых морских охраняемых территорий (районов океана, созданных для защиты среды обитания и видов), восстанавливались быстрее, чем леса за их пределами. Там, где хищники, баланс выпаса и другие экологические взаимоотношения остались нетронутыми, подводные леса смогли лучше восстановиться.
Это одна из причин, по которой сейчас во всем мире наблюдается тенденция к расширению охраняемых морских территорий. Когда они применяются должным образом, они действуют как экологическая передышка, позволяя морской жизни восстановиться, а экосистемам восстановить свой естественный баланс. В условиях потепления они также могут помочь экосистемам противостоять климатическим потрясениям, таким как волны тепла.
Так что да, есть повод для оптимизма. Океан все еще обладает замечательной способностью исцелять себя. Дайте морским экосистемам немного места для восстановления, и они часто отреагируют с удивительной скоростью. И это важно для всех нас. Океаны покрывают около 70 процентов поверхности Земли, регулируют наш климат и поглощают огромное количество углерода и тепла. Их защита – это не просто спасение дикой природы, это защита системы жизнеобеспечения планеты.