Теряет ли океан дыхание?
Обычно мы не задумываемся о том, как мы дышим, если только дыхание не становится затрудненным, например, при простуде или физических нагрузках. Конечно, мы все знаем, что дыхание необходимо для жизни человека и многих форм жизни на Земле, потому что оно доставляет кислород (O2) в наши тела. Почему нам нужен кислород? Наша пища может быть преобразована в энергию только при наличии кислорода. Когда пища, которую мы едим, перерабатывается в нашем организме, она превращается в углекислый газ (CO2), а CO2выдыхается. Океан тоже дышит: он вдыхает кислород в определенных местах, но теряет его в других. Это происходит естественным образом, благодаря сочетанию физических и биологических процессов. В настоящее время мы, люди, производим все большее количество CO2потому что мы сжигаем много топлива в нашей промышленности, ездим на автомобилях и делаем много других вещей, которые увеличивают количество CO2 в нашей атмосфере. Это нарушает естественное функционирование Земли, поскольку CO2 способствует глобальному потеплению. Засухи, наводнения и таяние полярных ледяных шапок - вот некоторые из последствий глобального потепления, но глобальное потепление может также нарушить процесс дыхания океана.
Как дышит океан?
В этой статье мы поговорим о различных способах дыхания океана. Во-первых, это крошечные организмы, включая цианобактерии и фитопланктон, которые поглощают CO2 из атмосферы и производят кислород в процессе, называемом фотосинтезом (см. рис. 1). Поскольку для фотосинтеза необходим свет, этот процесс может происходить только в ближайших к поверхности слоях воды, примерно в верхних 10-100 метрах океана. Несмотря на то, что эта область кажется очень тонкой, фотосинтез в океане очень важен для Земли, поскольку, по оценкам, он производит до 70% кислорода на нашей планете [ 1 ] и удаляет 30% антропогенного CO2 из атмосферы [ 2 ]. Важно, чтобы океан продолжал делать это, чтобы поддерживать нашу планету в стабильном состоянии, в котором может продолжать существовать жизнь, известная нам сегодня.
Еще один способ попадания кислорода в океан - это разбивание волн, когда маленькие пузырьки воздуха выталкиваются в воду. Этот механизм в основном происходит в поверхностных водах и у берегов, и пузырьки воздуха в воде - главная причина того, что волны выглядят белыми, когда разбиваются о берег.
Однако в океане есть место, где кислород вдыхается так глубоко, что его уносит в глубинные воды, где он может оставаться в течение тысяч лет. Это происходит на самом севере Атлантического океана, в Гренландском и Лабрадорском морях [ 3 ], а также в Южном океане, в морях Уэдделла и Росса у берегов Антарктиды (см. рис. 2). Здесь кислород растворяется в холодной воде, и чем холоднее вода, тем больше кислорода может в ней раствориться (обратное происходит при кипячении воды, например при варке макарон. Там вы можете увидеть, что газы, включая кислород, начинают пузыриться в воде, и чем теплее вода, тем больше пузырьков выходит). Таким образом, большая часть кислорода поглощается зимой, а поскольку холодная вода также плотнее теплой, холодная вода с кислородом опускается в глубины океана, где кислорода иначе было бы мало. Этот процесс называется глубинной конвекцией.
То, как вода циркулирует в океанах, называется "глобальным конвейером" и показано на рисунке 3. Движение воды через океан начинается в глубоководных районах (рис. 2), таких как море Лабрадора, где теплая вода Гольфстрима (см. рис. 3) нагревает атмосферу в этих холодных регионах. Когда вода охлаждается, она становится более плотной. Эта холодная, плотная вода опускается на дно океана. Все больше и больше теплой поверхностной воды переносится ветровыми течениями в Лабрадорское море, где холодная вода постоянно опускается в глубины моря, освобождая место для прибывающей теплой воды. Когда глубинная вода достигает дна океана, она течет на юг и проходит через Атлантический океан, затем через Индийский и Тихий океаны. В конце концов холодная вода возвращается на поверхность, в основном благодаря перемешиванию и процессу, называемому апвеллингом. Когда холодная вода достигает поверхности, она нагревается и под действием ветров переносится обратно в Лабрадорское море. Таким образом, глобальный конвейер - это большая циркуляционная система, соединяющая все океаны.
Как океан теряет дыхание?
Глубинная конвекция в океане зависит не только от температуры воды, но и от ее солености. Чем холоднее и соленее вода, тем больше кислорода она может впитать. Сейчас, когда Земля нагревается, снег, ледники и полярные ледяные шапки могут растаять. Это особенно опасно в полярных регионах, потому что пресная вода из тающего льда попадает в море и образует слой воды, которая гораздо менее соленая, чем морская. Это может привести к тому, что океан будет поглощать меньше кислорода, а значит, в океанах будет меньше кислорода для жизни.
Еще одна причина, по которой океан теряет дыхание, заключается в том, что, если поверхностный слой воды становится теплее, он не так хорошо перемешивается с более глубокими слоями воды. Когда слои перестают перемешиваться, кислород, образующийся в результате фотосинтеза и обмена с воздухом, уже не может попасть в более глубокие воды. Многие формы жизни в глубинах океана дышат кислородом, в том числе рыбы, морские звезды, креветки, медузы и микробы. Особенно в тех местах, где много жизни, это приводит к образованию зон кислородного минимума - участков, где в воде мало или совсем нет кислорода (рис. 4). Такие зоны кислородного минимума чаще всего встречаются в тропических океанах, где обитает большинство рыб. Если эти воды будут терять все больше и больше кислорода и если кислород будет поступать на большую глубину, то для рыб и других животных не останется места для жизни. Это также означает, что будет оставаться все меньше и меньше рыбы, которую человек может съесть. Уменьшение количества рыбы - это большая проблема, поскольку рыба составляет 16 % животного белка, потребляемого людьми во всем мире [ 4 ]. Рыба также является источником полезных жирных кислот, которых нет ни в одном другом продукте питания. Когда под угрозой окажется снабжение кислородом рыбы, под угрозой окажется и один из наших основных источников пищи [ 5 ].
Что произойдет, если океан потеряет дыхание?
Мы не знаем, что произойдет. Ученые подтвердили, что океан действительно теряет дыхание, то есть концентрация кислорода снижается, по крайней мере в некоторых районах океана. Это означает, что зоны кислородного минимума расширяются [ 6 ]. Трудно предсказать, что еще произойдет, главным образом потому, что у нас есть данные только за последние 50-60 лет. Это не такой уж большой срок, если сравнить его с тем, сколько времени требуется воде, чтобы пройти весь путь по глобальному конвейеру (тысячи лет), или если сравнить его с возрастом нашей планеты, который составляет около 4,6 миллиарда лет.
Один из способов, с помощью которого ученые пытаются понять ситуацию, - сравнить настоящее Земли с ее прошлым: Земля и океаны переживали похожие или худшие времена с точки зрения глобального потепления и уровня CO2 уровня. Например, масштабные изменения произошли в меловом периоде, который начался 145 миллионов лет назад и закончился 65 миллионов лет назад. В этот период в атмосфере Земли было в три раза больше CO2 в атмосфере Земли, чем сейчас. Этот CO2происходили от извержений вулканов [ 7 ]. Температура поверхностных вод океана достигала 40 °C, что более чем в два раза выше современной. В меловом периоде из океана улетучивалось большое количество кислорода, вплоть до его полного отсутствия в течение двух длительных периодов, называемых аноксическими явлениями в океане. Во время этих событий многие формы жизни вымерли. Однако затем появилась новая жизнь, и Земля и океаны снова восстановились.
Учитывая все это, большинство людей понимают, почему ученые хотят найти способы обойти проблему глобального потепления и не дать океану потерять дыхание. Мы хотим что-то сделать с изменением климата, потому что не хотим вымереть. Поэтому мы, люди, должны стать активными и остановить глобальное потепление. Это не так просто сделать, потому что мы должны резко сократить количество CO2 который мы производим; в настоящее время каждый из нас производит тонны CO2 в год. Все в нашей жизни, что требует электричества, например, холодильники и компьютеры, а также ношение одежды промышленного производства, использование автомобилей, употребление мяса и многие другие вещи в повседневной жизни - все это производит CO2.
Что мы можем сделать, чтобы помочь океану продолжать дышать?
Самый важный способ помочь сохранить кислород в океанах - замедлить глобальное потепление. Над этим работают несколько групп по всему миру. Одна из инициатив по отслеживанию изменений климата и изучению влияния глобального потепления на Землю и ее океаны называется Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). Эта группа собирает данные, прогнозирует, что именно может произойти, если климат продолжит теплеть, и дает рекомендации политикам [ 8 ]. Делая все это, МГЭИК надеется напрямую сократить выбросы CO2 на нашей планете. Многие страны также подписали соглашение под названием Киотский протокол [ 9 ]. Этот протокол содержит рекомендации о том, насколько каждая страна должна сократить выбросы CO2 для того, чтобы уменьшить глобальное потепление. Делая эти вещи, ученые и политики надеются уменьшить глобальное потепление, чтобы, среди прочего, полярные льды перестали таять, а океан мог продолжать дышать, чтобы зоны кислородного минимума перестали расширяться и океанская жизнь продолжала существовать.
Если вы хотите проверить, сколько CO2вы производите в своей повседневной жизни, чтобы узнать, можете ли вы внести свой вклад в уменьшение глобального потепления и помочь океанам продолжать дышать, вы можете использовать эти ссылки: https://www.earthday.org/take-action/footprint-calculator, https://www.carbonfootprint.com/calculator.aspx.
