Глобальное потепление захлебнется

Экологи упустили из виду важный механизм, способный справиться с избытком углекислого газа в атмосфере. Микроорганизмы, живущие у поверхности океана, готовы с удовольствием поглотить CO2. Правда, из-за этого могут задохнуться те виды, что обитают на большей глубине.

Воды океанов – наиболее значительный поглотитель избытка углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу в результате человеческой деятельности. К настоящему моменту почти половина углерода, образованного в ходе сжигания углеводородных видов топлива, покоится на дне океанов. У ученых назрел вопрос – сможет ли океан функционировать в качестве поглотителя двуокиси углерода и дальше, или же его ресурсы ограничены?

Похоже, удалось открыть биологический механизм, позволяющий мировым водам более эффективно поглощать избыток атмосферного СО2. Дело в том, что наблюдающееся увеличение средней температуры атмосферы нашей планеты многие ученые связывают именно с масштабными выбросами СО2 в атмосферу. Увеличение парциального давления углекислого газа приводит не только к потеплению, но и к понижению уровня рН морской воды, что существенно осложняет жизнь морских организмов, живущих у поверхности.

По прогнозам различных специалистов, скорость увеличения концентрации СО2 и сопутствующих процессов со временем будет только расти, а значит, необратимые процессы изменения климата и вымирания большого количества морских и прибрежных видов неотвратимы.

Однако у немецких специалистов на этот счет вырисовывается иное мнение. Они считают, что современные математические модели, описывающие изменение мирового климата, не учитывают влияния морских организмов и тех биологических процессов, в которые они включены. Профессор Улиф Рибесел, морской биолог из Университета города Киль в Германии, провел со своими коллегами большую экспериментальную работу и доказал опрометчивость подобных подходов.


Ему удалось продемонстрировать определяющую роль микроорганизмов в механизме природного круговорота углерода. В статье, которая принята к публикации в журнале Nature, Рибесел и его коллеги из Норвегии касаются вопросов поддержания экологического баланса микроорганизмами и влияния на него различных природных процессов.

Немецкими учеными была разработана уникальная методика для исследования динамики биологических процессов, которая была успешно опробована в местечке Раунефьорд в Норвегии. Ученые использовали серию из девяти так называемых мезокосмов – закрытых сосудов из специализированного синтетического материала, опускаемых на глубину до 10 метров и вмещающих 27 кубических метров воды каждый.

Фотосинтез

Это образование органических веществ зелеными растениями и некоторыми бактериями с использованием энергии солнечного света.

В ходе фотосинтеза происходит поглощение из атмосферы диоксида углерода и выделение кислорода.
В целом, химический баланс фотосинтеза может быть представлен в виде простого уравнения:

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

Водород, необходимый для восстановления диоксида углерода до глюкозы, берется из воды, а выделяющийся в ходе фотосинтеза кислород является побочным продуктом. Процесс нуждается в энергии света, так как вода сама по себе не способна восстанавливать диоксид углерода.

В светозависимой части фотосинтеза (световой реакции) происходит расщепление молекул воды с образованием протонов, электронов и атома кислорода. Электроны, возбужденные энергией света, восстанавливают никотинадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). Образующийся НАДФ-Н является подходящим восстановителем для перевода диоксида углерода в органические соединения. Кроме того, в световой реакции образуется аденозинтрифосфат (АТФ), который также необходим для фиксации диоксида углерода.
Последующие процессы могут протекать в темноте (темновая реакция).

Полная последовательность превращения диоксида углерода в органические соединения называется циклом Калвина.

Три мезокосма были оставлены в нормальных условиях при концентрации углекислого газа в них, соответствующей современному уровню. Другие две тройки использовались для симуляции повышенного содержания СО2 в атмосфере Земли в 2100 и 2150 годах, рассчитанного с помощью математических моделей. Учеными был зафиксирован очень быстрый отклик организмов в мезокосмах на увеличение концентрации СО2.

Чем больше было содержание углекислого газа, тем интенсивнее происходил процесс его поглощения и переработки в ходе фотосинтеза в сине-зеленых водорослях.

Такое действие углекислого газа, на первый взгляд, похоже на эффект от внесения удобрений в почву. Ученым удалось зарегистрировать увеличение активности микроорганизмов при повышении концентрации СО2 на 39%. Как говорит сам Ульф, он и его коллеги ожидали какой-либо реакции от морской флоры и фауны, однако никак не могли предположить, что она окажется столь мощной.

Именно масштабы интенсификации процесса фотосинтеза позволили ученым заявить о сильной зависимости мирового климата от биологических процессов в океане.

В заключительной части этого этапа исследований ученые попытались выявить последствия такого изменения скорости биологических процессов для быстро размножающихся микроорганизмов. Ими было установлено, что по завершению интенсивного цветения водорослей избыточные количества СО2 в связанной органической форме оседают на дно.

Таким образом, заключает Ульф, эффект удобрения вод мирового океана с помощью углекислого газа наверняка будет положительно влиять на состояние климата планеты в будущем. Так, избыточный парниковый газ будет эффективно поглощаться микроорганизмами на поверхности воды и затем оседать на дно в виде останков живых существ, и океан сможет усваивать дополнительные количества углекислого газа.

В этом случае, отмечает Ульф, микроорганизмы морских вод функционируют в качестве конвейера, основной задачей которого является устранение избыточных количеств углерода из поверхностных слоев океанических вод на дно.

Однако у этой блестящей медали есть и обратная сторона.

Биоразложение увеличившегося в результате удобрения вод количества биомассы потребует увеличения потребления кислорода организмами. А значит, жизненно необходимого газа может не хватить существам, населяющим глубинные слои морей и океанов. Кроме того, ускоренная переработка СО2 микроорганизмами приведет к резкому увеличению кислотности нижних водных слоев в результате оседания органических компонентов и СО2.

Авторы статьи также предполагают влияние этого процесса на биологические циклы других морских организмов, обитающих на поверхности. К ним, в частности, относятся питающиеся богатыми СО2 микроскопическими водорослями рачки, составляющие основу планктона. В предыдущих исследованиях авторы обнаружили их замедленный рост и ослабленную способность к размножению.

Сам Ульф Рибесел сравнивает изученные им процессы с верхушкой огромного айсберга, которую человеку стоит познать, прежде чем строить модели и высказывать предположения касательно изменения климата. Несомненно, есть и другие механизмы отклика биологических систем на те или иные изменения в условиях окружающей среды, и усилия экологов и биологов должны быть направлены на детальное их изучение.

В частности, в задачу группы Рибесела не входило детальное моделирование влияния поглощения CO2 на глобальное потепление, да и весь этот вопрос в значительной степени остаётся спорным. Теперь проблема стала ещё сложнее – климатологам предстоит включить результаты Рибесела в свои модели. Но едва ли не впервые сложности учёных не несут в себе новую угрозу остальным, а дают надежду, что всё образуется.

© gazeta.ru / 2007-11-14