Океаны теряют кислород: учёные предупредили о приближении к «небезопасной зоне»
Учёные предложили добавить деоксигенацию водных экосистем — снижение содержания растворённого кислорода в океанах, озёрах, реках и других водоёмах — в систему планетарных границ. В обзоре, опубликованном в журнале Limnology and Oceanography, авторы обобщили данные о взаимодействии потери кислорода с 9 уже существующими границами, включающими изменение климата, нарушение биосферы, круговорот питательных веществ и закисление океана. По их оценке, нынешние темпы деоксигенации уже приближают Землю к «небезопасной зоне», а последствия дальнейшего снижения кислорода могут оказаться необратимыми в течение жизни нынешнего поколения.
Авторы нового обзора предлагают считать деоксигенацию океанов и пресных вод 10-й планетарной границей Земли
Один из наиболее прямых механизмов связан с потеплением. Растворимость кислорода в воде снижается при повышении температуры, а океан с начала индустриальной эпохи поглотил более 90% избыточного тепла, накопившегося из-за антропогенных выбросов парниковых газов. В оценке, приведённой авторами обзора, изменение растворимости кислорода объясняет около 50% современной потери кислорода океанами. Дополнительную роль играют перенос кислорода между слоями и расширение зон с его минимальным содержанием.
Другая важная связь проходит через загрязнение азотом и фосфором. Избыток питательных веществ стимулирует рост водорослей, а последующее разложение органического вещества микроорганизмами расходует растворённый кислород. При его дефиците меняется круговорот веществ: например, усиливается процесс восстановления нитратов и нитритов и возвращение молекулярного азота в атмосферу, связанный азот теряется, а в бескислородных донных отложениях может высвобождаться дополнительный фосфор. Это способно поддерживать продуктивность и микробное потребление кислорода, создавая обратную связь, при которой дефицит O₂ способствует дальнейшему ухудшению условий.
Источник изображения: сгенерировано Nano Banana
Деоксигенация связана и с климатом не только через температуру. При низком содержании кислорода возрастает роль процессов, приводящих к образованию закиси азота — мощного парникового газа, который также участвует в разрушении стратосферного озона. В некоторых глубинных районах Балтийского и Чёрного морей бескислородные условия сопровождаются образованием сероводорода, а в анаэробных процессах может образовываться метан.
Наиболее очевидные последствия проявляются в биосфере. Даже относительно небольшое снижение растворённого кислорода способно влиять на рост, выживаемость, численность и размножение организмов на разных уровнях пищевых сетей — от зоопланктона и моллюсков до рыб и кораллов. Авторы также связывают расширение малокислородных зон с изменением миграций организмов и работы биологического углеродного насоса, который переносит углерод из поверхностных вод в глубину океана.
Авторы обзора выделяют 4 потенциальных показателя: концентрацию растворённого кислорода и распространённость гипоксии и аноксии, процент насыщения воды кислородом, изменения в составе и численности видов-индикаторов, а также метаболический индекс Φ, который сопоставляет доступность кислорода с потребностями организма. Например, традиционный порог гипоксии в 2 мг O₂/л не универсален: многие организмы начинают испытывать последствия при более высоких концентрациях, тогда как специализированные виды способны постоянно жить в значительно более бедной кислородом воде.
Особое значение авторы придают тому, что водные системы обладают долгой «памятью». Даже прекращение выбросов CO₂ не остановило бы деоксигенацию океана немедленно: из-за уже накопившегося тепла и медленной циркуляции глубоких вод потеря кислорода может продолжаться столетиями. В глубоком океане полное обновление кислорода связано с процессами, происходящими на масштабах порядка 1000 лет. При сценарии большого количества выбросов парниковых газов к концу века скорость деоксигенации в подповерхностном океане, по приведённым в обзоре модельным оценкам, может утроиться по сравнению с современным уровнем.
Авторы предлагают рассматривать деоксигенацию не как отдельную проблему качества воды, а как процесс, связанный с функционированием всей земной системы. Они подчёркивают, что формальная 10-я планетарная граница ещё требует количественного определения, однако уже имеющиеся данные показывают быстрое снижение содержания кислорода и множество обратных связей с другими глобальными изменениями. Среди приоритетов дальнейших исследований учёные называют расширение наблюдений за кислородом в морских и пресных водах, совершенствование моделей, изучение физиологической устойчивости организмов и использование палеоклиматических данных для определения экологически значимого исходного уровня.