За последние три десятилетия по мере потепления климата массивные плиты морского льда в Северном Ледовитом океане уменьшились: в 2007 году ученые наблюдали почти на 50 процентов меньше летнего льда, чем в 1980 году.Резкие изменения ледяного покрова, в свою очередь, изменили арктическую экосистему, особенно в летние месяцы, когда лед отступает и солнечный свет проникает в поверхностные воды, стимулируя рост жизни. Спутниковые снимки запечатлели крупные цветения фитопланктона в арктических регионах, которые когда-то были относительно непродуктивными.
Когда эти организмы умирают, небольшая часть их углерода опускается в глубины океана, создавая сток или резервуар углерода.Теперь исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что с потерей морского льда Северный Ледовитый океан становится в большей степени поглотителем углерода.
Команда смоделировала изменения арктического морского льда, температуры, течений и потока углерода с 1996 по 2007 год и обнаружила, что количество углерода, поглощаемого Арктикой, увеличивается на 1 мегатонну каждый год.Но группа также наблюдала несколько парадоксальный эффект: несколько арктических регионов с самыми теплыми водами на самом деле были менее способны накапливать углерод. Напротив, эти регионы, такие как Баренцево море недалеко от Гренландии, были источником углерода, выбрасывая в атмосферу углекислый газ.Хотя Северный Ледовитый океан в целом остается поглотителем углерода, главный исследователь Массачусетского технологического института Стефани Дуткевич говорит, что такие места, как Баренцево море, рисуют более сложную картину того, как Арктика меняется с глобальным потеплением.
«Люди предполагают, что Арктика имеет более высокую продуктивность и, следовательно, более высокое потребление углерода», — говорит Дуткевич. «Что хорошо в этом исследовании, так это то, что в нем говорится, что это еще не вся история. Мы начали разбирать на части, что происходит на самом деле».
Статья Дуткевича и соавторов Мика Фоллоуса и Кристофера Хилла из Массачусетского технологического института, Манфреди Маницца из Института океанографии Скриппса и Димитриса Менеменлиса из Лаборатории реактивного движения НАСА опубликована в журнале Global Biogeochemical Cycles.Углеродный цикл океана
Круговорот углерода в океанах относительно прост: поскольку такие организмы, как фитопланктон, растут в поверхностных водах, они поглощают солнечный свет и углекислый газ из атмосферы. Посредством фотосинтеза углекислый газ создает клеточные стенки и другие структуры; когда организмы умирают, некоторая часть планктона оседает в виде органического углерода в глубинах океана. Со временем бактерии разъедают детрит, превращая его обратно в углекислый газ, который при возбуждении океанскими течениями может улетучиваться в атмосферу.
Группа Массачусетского технологического института разработала модель для отслеживания потока углерода в Арктике, изучая условия, в которых углерод либо хранился, либо выделялся из океана. Для этого исследователи объединили три модели: физическую модель, которая объединяет данные о температуре и солености, а также направление течений в регионе; модель морского льда, которая оценивает рост и уменьшение льда из года в год; и модель биогеохимии, которая имитирует поток питательных веществ и углерода, учитывая параметры двух других моделей.Исследователи смоделировали изменение Арктики в период с 1996 по 2007 год и обнаружили, что океан накапливает в среднем около 58 мегатонн углерода каждый год — цифра, которая увеличивалась в среднем на 1 мегатонну ежегодно за этот период времени.Эти цифры, по словам Дуткевича, не удивительны, поскольку Арктика давно известна как поглотитель углерода.
Результаты группы подтверждают широко распространенную теорию: чем меньше морского льда, тем больше организмов растет, в конечном итоге создавая больший сток углерода.Новый противовес
Тем не менее, один вывод группы запутывает эту, казалось бы, линейную зависимость. Маницца обнаружил несоответствие между 2005 и 2007 годами, наиболее серьезными периодами сокращения морского льда. Хотя в 2007 году Арктика потеряла больше ледяного покрова, чем в 2005 году, в 2007 году океаном было поглощено меньше углерода — неожиданное открытие в свете теории о том, что меньшее количество морского льда ведет к накоплению большего количества углерода.Маницца проследил несоответствие до Гренландского и Баренцева морей, регионов Северного Ледовитого океана, которые принимают более теплые воды из Атлантики. (В более теплой среде углерод менее растворяется в морской воде.) Маницца наблюдал этот сценарий в Баренцевом море в 2007 году, когда более высокие температуры вызвали выброс большего количества углекислого газа, чем его хранение.
Результаты указывают на тонкий баланс: поток углерода в океане зависит как от температуры воды, так и от биологической активности. В более теплых водах углерод с большей вероятностью выбрасывается в атмосферу; в водах с более высоким уровнем биологического роста — например, из-за меньшего количества морского льда — углерод с большей вероятностью будет накапливаться в океанских организмах.Короче говоря, хотя Северный Ледовитый океан в целом, кажется, накапливает больше углерода, чем в предыдущие годы, увеличение стока углерода может быть не таким большим, как раньше думали ученые.
«Арктика особенная, потому что это определенно место, где мы видим, что изменения происходят быстрее, чем где-либо еще», — говорит Дуткевич. «Из-за этого происходят большие изменения в морском льду и биологии, а значит, и в поглотителе углерода».Маницца добавляет, что, хотя из-за удаленности Арктики ученым трудно получить точные измерения, большее количество данных из этого региона «может сообщить нам об изменениях в полярной области и сделать наши модели очень надежными для принятия политических решений».