Кораллы растут свои скелеты вверх к солнечному свету, а также утолщают их, чтобы укрепить их.Новое исследование, проведенное учеными из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), показывает, что закисление океана особенно препятствует процессу утолщения, уменьшая плотность скелетов и делая их более уязвимыми для разрушения. Исследование было опубликовано сегодня (29 января 2018 г.) в Proceedings of the National Academy of Sciences.«Наше исследование включает нюансы роста скелета кораллов, позволяя более точно прогнозировать, как, где и насколько закисление океана повлияет на тропические кораллы, создающие рифы», — сказал Натаниэль Моллика, ведущий автор исследования и выпускник студент совместной программы MIT-WHOI по океанографии.
В исследовательскую группу также входили Вейфу Го, Энн Коэн и Эндрю Солоу (WHOI), Куо-Фанг Хуанг (Academia Sinica, Тайвань) и Ханна Дональд и Гэвин Фостер (Университет Саутгемптона в Англии).Исследовательская группа разработала численную модель, имитирующую этот подробный механизм роста скелета, и соединила ее с прогнозируемыми изменениями pH океана (мера его кислотности), вызванными глобальным изменением климата.
Результаты показали, что снижение плотности скелета кораллов произойдет на многих коралловых рифах. Воздействие будет особенно сильным в Индо-Тихоокеанском регионе, где к 2100 году плотность коралловых скелетов снизится на 20 процентов в некоторых частях Кораллового треугольника — области, ограниченной водами Индонезии, Малайзии, Филиппин и Папуа.
Новая Гвинея, Восточный Тимор и Соломоновы Острова. По словам авторов, кораллы в Карибском бассейне, на Гавайях и в северной части Красного моря могут жить лучше, поскольку только из-за подкисления океана их количество снизится менее чем на 10 процентов.«Это очень важное исследование определило конкретный способ воздействия закисления океана на кораллы и смоделировало влияние будущих условий окружающей среды», — сказал Дэвид Гаррисон, директор программы биологической океанографии Национального научного фонда, которая финансировала большую часть исследования. совместно с Фондом Робертсона и Океанографическим институтом Вудс-Холла.Скелеты кораллов сделаны из арагонита, разновидности карбоната кальция.
Кораллы растут свои скелеты вверх, складывая пучки кристаллов арагонита один поверх другого. В то же время они утолщают эти пучки дополнительными кристаллами, которые укрепляют скелеты и помогают им противостоять поломкам, вызванным течениями, волнами, штормами, а также укусом и укусами червей, моллюсков и рыб-попугаев.«Коралловые рифы — одна из самых разнообразных экосистем на Земле, обладающих огромной культурной, экологической и экономической ценностью», — сказала Энн Коэн, ученый из WHOI и соавтор исследования. По ее словам, рифы сталкиваются с многочисленными стрессами, включая повышение уровня моря, изменение режима питательных веществ и повышение температуры океана, но в отличие от потепления океана, которое вызывает видимое обесцвечивание, воздействие закисления океана более коварно и трудно обнаружить, и поэтому его труднее предсказать. .Подкисление океана вызывается повышением уровня углекислого газа в атмосфере, в основном из-за сжигания ископаемого топлива.
Углекислый газ (CO2) поглощается морской водой, приводя в движение химические реакции, в результате которых образуются ионы бикарбоната (HCO3-) и карбоната (CO32-). Коралловые полипы — крошечные живые мягкотелые кораллы — переносят морскую воду, содержащую ионы HCO3-, CO32- и кальция (Ca2 +), в «кальцифицирующее пространство» между их клетками и поверхностью существующего скелета. Они выкачивают ионы водорода (H +) из этого пространства для производства большего количества ионов карбоната (CO32-), что упрощает производство карбоната кальция (CaCO3) для их скелетов.
Но когда океаны поглощают избыток CO2, как это происходит сейчас, в морской воде больше ионов HCO3-, но меньше ионов CO32-, что затрудняет срастание скелетов кораллами.Однако лабораторные эксперименты и полевые исследования были неоднозначными, демонстрируя явное негативное воздействие закисления океана на рост скелета в некоторых случаях, но не в других.
Новое исследование предполагает, что это несоответствие частично отражает недавно обнаруженную сложность роста скелета кораллов.Чтобы проверить эту теорию, ученые взяли керны скелетов распространенного типа кораллов, создающих рифы, называемых Поритами, в четырех местах: Палау, атолл Донгша в Южно-Китайском море, Зеленый остров у Тайваня и Сабога в Панаме, где условия морской воды варьировались. широкий диапазон уровней pH и концентраций карбонат-ионов. Они использовали 3D-сканер компьютерной томографии (КТ), чтобы отобразить ядра скелета, которые показывают годовые полосы роста, похожие на кольца на дереве.
На основе сканирования они смогли различить и отдельно количественно оценить восходящие и утолщающие компоненты роста кораллов. Их анализ выявил устойчивую корреляцию: скелеты кораллов в более кислой (более низкий pH и меньшее количество карбонат-ионов) водах были значительно тоньше. Однако они не обнаружили взаимосвязи между ростом вверх и концентрацией карбонат-иона.Чтобы лучше понять эти процессы, исследователи изучили процесс роста кораллов и показали, что по мере снижения pH и карбонатных ионов в окружающей морской воде, также уменьшаются и концентрации карбонат-ионов в кальцифицирующем пространстве кораллов.
Следовательно, кораллы не могут производить столько арагонита, чтобы утолщать скелет. Кораллы продолжают вкладывать средства в восходящий рост, но страдает «уплотнение» или утолщение.
В результате кораллы в водах с более низким pH строят более тонкие скелеты, которые более восприимчивы к повреждениям от ударов волн или атак со стороны разрушающих организмов.Исследовательская группа дополнительно проанализировала опубликованные данные о более чем 100 ядрах скелета кораллов Porites, взятых другими учеными во многих местах, где также известен химический состав окружающей морской воды. Анализ подтвердил предложенный командой механизм того, как химический состав морской воды влияет на плотность коралловых скелетов.Исследователи отмечают, что закисление океана не происходит изолированно, и что другие изменения, такие как потепление океана, также повлияют на рост кораллов.
«Наш следующий шаг — расширить нашу модель, чтобы включить в нее влияние множества факторов стресса на рост скелета кораллов», — сказал Вейфу Го, геохимик из WHOI и ведущий исследователь исследования. «Знание деталей того, как различные аспекты изменения океана повлияют на кораллы, позволит нам количественно спрогнозировать траекторию рифообразующих кораллов в условиях изменения климата 21 века».