Ученые давно подозревали, что закисление океана вызвало кризис – аналогично сегодняшнему, когда созданный человеком CO2 соединяется с морской водой, чтобы изменить ее химический состав. Теперь, впервые ученые количественно оценили степень подкисления поверхности с тех древних времен, и новости не являются хорошими: океаны находятся на пути к закислению, по крайней мере, в той же степени, что и тогда, только гораздо быстрее.
В исследовании, опубликованном в последнем выпуске журнала «Палеоокеанография», ученые подсчитали, что кислотность океана увеличилась примерно на 100 процентов за несколько тысяч лет или более и оставалась такой в течение следующих 70000 лет. В этой радикально изменившейся среде одни существа вымерли, а другие адаптировались и эволюционировали.
Это первое исследование, в котором химический состав окаменелостей используется для реконструкции кислотности поверхности океана в палеоцен-эоценовый термальный максимум (ПЭТМ), период интенсивного потепления на суше и во всех океанах из-за высокого содержания CO2.
«Это может быть ближайшим геологическим аналогом современного закисления океана», – сказал соавтор исследования Барбель Хониш, палеоокеанограф из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета. "Каким бы масштабным это ни было, это все равно происходило примерно в 10 раз медленнее, чем то, что мы делаем сегодня."
Океаны поглотили около трети углерода, который люди закачали в воздух с момента индустриализации, что помогает поддерживать термостат Земли на более низком уровне, чем это было бы в противном случае.
Но за поглощение углерода приходится расплачиваться. Химические реакции, вызванные этим избытком CO2, сделали морскую воду более кислой, истощая ее карбонат-ионы, которые необходимы кораллам, моллюскам и кальцифицирующему планктону для создания своих раковин и скелетов.
За последние 150 лет или около того рН океанов существенно упал с 8.От 2 до 8.1 – эквивалент увеличения кислотности на 25 процентов. К концу столетия pH океана, по прогнозам, упадет еще на 0.3 единицы pH, до 7.8. Хотя исследователи обнаружили сравнимое падение pH во время ПЭТМ – 0.3 единицы – сдвиг произошел за несколько тысяч лет.
«Сегодня мы сбрасываем углерод в атмосферу и океан с гораздо большей скоростью – в течение столетий», – сказал соавтор исследования Ричард Зиби, палеоокеанограф из Гавайского университета. «Если мы продолжим путь выбросов, по которому идем прямо сейчас, закисление поверхности океана будет намного более значительным, чем во время ПЭТМ."
Исследование подтверждает, что подкисленные условия продолжались 70000 лет или более, что согласуется с предыдущими оценками, основанными на моделях. «Это не сразу пришло в норму», – сказал Тимоти Брэлоуэр, исследователь из Пенсильванского университета, который не принимал участия в исследовании. "На восстановление потребовались десятки тысяч лет."
Из донных отложений, пробуренных у берегов Японии, исследователи проанализировали раковины планктона, обитавшие на поверхности океана во время ПЭТМ. Два разных метода измерения химического состава океана в то время – соотношение изотопов бора в их оболочках и количество бора – привели к аналогичным оценкам подкисления. «Это действительно впервые показывает нам четкое свидетельство изменения pH», – сказал Браловер.
Что стало причиной выброса углерода на ПЭТМ, до сих пор неясно.
Одно из популярных объяснений состоит в том, что общая тенденция к потеплению могла вызвать выброс метана с морского дна в воздух, вызвав события, в результате которых в воздух и океаны попало больше газов, способствующих нагреванию Земли. До половины крошечных животных, которые живут в иле на морском дне – бентосные фораминиферы – вымерли во время ПЭТМ, возможно, вместе с жизнью на более высоких уровнях пищевой цепи.
Другие виды процветали в этой изменившейся среде, и появились новые. В океанах динофлагелляты расширили свой ареал от тропиков до Арктики, а на суше впервые появились копытные и приматы.
В конце концов, океаны и атмосфера восстановились, когда элементы из эродированных пород смылись в море и нейтрализовали кислоту.
Сегодня уже появляются признаки того, что некоторые морские обитатели могут оказаться в беде. В недавнем исследовании под руководством Нины Беднарšedk в U.S. Национальное управление океанических и атмосферных исследований, более половины крошечных планктонных улиток или птеропод, изученных ею и ее командой у берегов Вашингтона, Орегона и Калифорнии, показали плохо растворенные раковины.
Подкисление океана было связано с повсеместной гибелью молодых устриц у берегов Вашингтона и Орегона с 2005 года, а также может представлять угрозу для коралловых рифов, которые находятся под дополнительным давлением из-за загрязнения и повышения температуры океана.
«Химический состав карбонатов морской воды сложен, но механизм, лежащий в основе подкисления океана, очень прост», – сказал ведущий автор исследования Дональд Пенман, аспирант Калифорнийского университета в Санта-Круз. "Мы можем делать точные прогнозы о том, как карбонатная химия отреагирует на повышение уровня углекислого газа.
На самом деле неизвестно, как отреагируют отдельные организмы и как это проходит через экосистемы."
Другие авторы исследования, финансируемого U.S.
Национальный научный фонд: Эллен Томас, Йельский университет; и Джеймс Захос, Калифорнийский университет в Санта-Крус.