На протяжении десятилетий ученые ожидали, что глобальное потепление снизит количество кислорода в океане, чем сильно сократит биопродуктивность морей. Авторы новой научной работы показали обратное: в теплый период океан был более насыщен кислородом, чем в наши дни. А потерял его он, только когда климат стал более холодным. Это означает, что ожидания от текущего глобального потепления противоположны реальному будущему.
Закон Генри говорит, что чем теплее вода, тем меньше газов могут в ней раствориться. Рост температур на градус снижает объем кислорода в литре воды примерно на пару процентов. Кроме того, теплая вода легче холодной. То есть при существенном нагреве планеты она образует «крышку», не дающую холодным водам подниматься к поверхности и обогащаться там кислородом. Обитатели моря в основном холоднокровные, поэтому рост температур должен ускорить их метаболизм, поднимая потребность в кислороде, в то время как в воде его, по прогнозам, станет меньше.
Эти теоретические соображения позволяли ученым десятилетиями утверждать, что глобальное потепление приведет к кризису морской жизни, появлению обширных бескислородных зон в морях. А отдельные группы исследователей даже выпускали работы о том, что процесс этот уже идет, и биомасса планктона и других морских созданий падает в реальном времени даже быстрее, чем предсказывали модели.
У всех этих стройных, разумных и убедительных теорий была только одна проблема: они не подтверждались эмпирическими фактами из прошлого. Исследования осадочных пород древних морей не только не выявили падения их биопродуктивности в теплые эпохи, но и, напротив, указывали на их более высокую биомассу.
Авторы новой работы отмечают, что данные по морским глубинам климатического оптимума миоцена (17,0-14,8 миллиона лет назад) в Тихом океане не так давно указали на то, что кислорода там было больше, чем в наши дни. Сходные результаты получили и для более ранних эпох. Чтобы понять, локальное ли это явление, или так было по всей Земле, они исследовали отложения древнего Аравийского моря. Результаты их исследований опубликовали в Communications Earth & Environment.
Уровень кислорода в древнем Аравийском море ученые определяли с помощью соотношения изотопов в остатках древних фораминифер, извлеченных с морского дна бурением. Оказалось, что хотя количество кислорода в местной воде было не очень велико, оно существенно превосходило то, что наблюдается там сегодня. Сейчас в Аравийском море кислорода так мало, что с его поверхности выделяется азот: часть микроорганизмов вынуждены «дышать» нитратами (то есть использовать их компоненты как окислитель) вместо кислорода.
В итоге освободившийся азот идет в воздух, что плохо для биопродуктивности моря, потому что азот воздуха живыми организмами усваивается реже и хуже, чем азот из нитратов. В Аравийском море это не создает проблемы только потому, что при текущих концентрациях кислорода там не так много жизни, так что дефицита азота все равно нет. В древнем Аравийском море 17-14,8 миллиона лет назад жизни было больше. А еще кислорода в воде было больше, чем сейчас, и переходить на использование нитратов как окислителя не было нужды.
Пока миоцен оставался на пике своей теплоты, Аравийское море, как и древний Тихий океан, имели больше кислорода, чем сегодня. Лишь около 12,1 миллиона лет назад, когда климат стал значительно холоднее, содержание кислорода начало уменьшаться. При этом дефицит кислорода в Аравийском море после похолодания стал острее, чем в Тихом океане.
Авторы сделали вывод: «В той мере, в которой климатический оптимум миоцена является аналогом долгосрочной реакции океанов на глобальное потепление, концентрация кислорода может вырасти в обоих регионах [и в Аравийском море, и в северной части Тихого океана] до таких уровней, когда они перестанут выбрасывать азот в воздух». То есть моря и там, и там перестанут испытывать кислородный голод как раз из-за глобального потепления. Хотя это и противоречит моделированию и теоретическим ожиданиям основной части научного сообщества.
Климатический оптимум миоцена — примерно от 17 до 14 миллионов лет назад, — характеризовался температурным режимом и состоянием атмосферы, схожими с теми, что, по нашим прогнозам, установятся после 2100 года. Мы воссоздали картину насыщения океана кислородом в ту эпоху, чтобы лучше понять, как могут развиваться события через сто и более лет, - Александра Аудерсет, один из авторов новой работы
Причины, по которым содержание кислорода при потеплении росло, авторы предложили усиленно изучать. По уже исследованным зонам они предположили, что дело в усиленном перемешивании океана с воздухом у поверхности моря за счет каких-то сдвигов в течениях и ветрах.
Ситуация с кислородом в Аравийском море в разное время, миллионы лет отложены по горизонтальной осиAnya V. Hess et al.