Океаны и изменение климата

Уже меняется химический состав океанской воды, ведь она поглощает из атмосферы примерно четверть ежегодных антропогенных выбросов углекислого газа. Эффективным средством исследования круговорота углерода и подкисления океана являются ядерные и изотопные методы. Они позволяют лучше понять, каким было прошлое океана, каково его текущее состояние и как повлияет на него изменение климата.

Подкисление океана

Поскольку океан поглощает диоксид углерода (CO₂), который выделяется в атмосферу в результате человеческой деятельности, карбонатный состав и кислотность морской воды меняются; этот процесс называют подкислением океана. Это, с одной стороны, снижает уровень диоксида углерода в атмосфере и существенно сдерживает процесс изменения климата, а с другой, подкисление океана — иногда его называют «другой проблемой с CO₂» — в последнее десятилетие превратилось в существенный глобальный фактор, который может оказать негативное воздействие на морские организмы и биогеохимические циклы.

В исследованиях подкисления океана используются ядерные и изотопные методы, которые в значительной мере способствовали пониманию этого явления благодаря изучению прошлых изменений кислотности океана и влияния его подкисления на морские организмы, в том числе благодаря исследованию таких биологических процессов, как кальцификация.

Снижение показателя pH ("водородного показателя" – меры кислотности или щелочности) на поверхности океана уже заметно, однако оценить влияние подкисления океана на морскую биоту в полном объеме непросто. Как показывают исследования, спектр возможных последствий, как положительных, так и отрицательных, довольно велик, а разные виды демонстрируют различные уровни сопротивляемости и приспособляемости.

При падении рН и соответствующей концентрации соединений углерода ниже определенного уровня начинается разрушение карбоната кальция, который входит в состав раковин и скелетов многих организмов. Некоторые кораллы, птероподы, двустворчатые моллюски и кальцифицирующий фитопланктон могут быть особенно чувствительны к изменениям в химическом составе морской воды. Энергозатраты на сопротивление повышающейся кислотности могут уменьшить объем энергии, необходимой для физиологических процессов, таких как размножение и рост. Ученые из Лабораторий окружающей среды МАГАТЭ с помощью изотопных методов изучают воздействие подкисления океана и его взаимосвязь с другими экологическими стрессорами.

Исследования кораллов и морских экосистем

Коралловые рифы образуют одни из самых разнообразных экосистем на планете, однако исследования показывают, что некоторые виды кораллов чутко реагируют на изменения в своей среде. Эпизоды подкисления океана в прошлые геологические периоды приводили к существенным изменениям в экосистемах, а в ряде исключительных случаев – к массовому исчезновению некоторых видов бентосных фораминифер (разновидности морских организмов) и гибели рифообразующих известковых водорослей и кораллов.

С учетом потенциального воздействия подкисления океана на морскую среду и экосистемы Лаборатории окружающей среды МАГАТЭ проводят исследования по таким направлениям, как экономические последствия подкисления океана для рыболовства. Кроме того, в МАГАТЭ функционирует Международный координационный центр по проблеме подкисления океана, который оказывает помощь в развитии науки о подкислении океана, создании потенциала и глобальном обмене информацией по этой теме.

С помощью ядерных и изотопных методов Агентство изучает скорость протекания биологических процессов в морских организмах – мидиях, устрицах, кораллах. При помощи природных изотопов бора можно исследовать прошлые изменения показателей pH морской воды: ученые измеряют относительное содержание таких изотопов в скелетах кораллов, образовавшихся тысячи лет назад, чтобы оценить уровень кислотности морской воды в прошлые периоды. Для изучения скорости кальцификации (при формировании раковин и скелетов) и других процессов используются также изотопы кальция.

Изучение круговорота углерода в мире

Океаны поглощают огромное количество атмосферного углекислого газа, играя таким образом большую роль в регулировании климата. Абсорбируемый морской водой углекислый газ либо уходит в более глубокие слои и переносится водными массами, либо участвует в процессе фотосинтеза и преобразуется в органическое вещество. Существенная часть этого органического вещества перерабатывается на поверхности океана: поедается зоопланктоном или разлагается микроорганизмами. Однако небольшая, но значимая часть этого материала уходит в глубинные слои океана, где изолируется от атмосферы на века.

Этот поток поглощаемого органического вещества является важным источником энергии для морских организмов, находящихся на более высоких ступенях пищевой цепи. Скорость этих физических и биологических процессов влияет на то, каким будет соотношение атмосферного и океанического углерода. Если изменится температура или химический состав морской воды, то могут измениться и темпы этих процессов, а значит и углеродный баланс планеты.

Для изучения источников и судьбы органического вещества, а также для анализа роли океанов в глобальном круговороте углерода МАГАТЭ пользуется методами на основе стабильных и природных радиоизотопов. Лаборатория радиоэкологии МАГАТЭ замеряет приток углерода в глубинные слои океана как напрямую, т.е. собирая материал конусообразными седиментационными ловушками, так и опосредованно, т.е. с использованием природных радионуклидов (тория-234, урана-238, полония-210 и свинца-210), которые адсорбируются (прикрепляются) к поглощаемому материалу, погружающемуся на дно океана. Применение этих инструментов в разных районах океана, например в полярных районах или зонах апвеллинга, где насыщенные питательными веществами холодные воды поднимаются из глубины к поверхности, позволяет определить, насколько велики потоки поглощаемого материала, и оценить, как меняется их динамика по мере изменения климата.