Дождь помогает океану удерживать больше углерода

Фото из открытых источников

До сих пор при расчетах способности океана поглощать углерод не учитывались дожди, однако новая оценка показывает, что они увеличивают поглощение углерода океаном на 5–7%.

Три десятилетия назад Дэвид Хо установил два розовых детских бассейна с рисунком динозавров на парковке здания NOAA в Майами, где дневные грозы были обычным делом. Он наполнил оба бассейна водой, добавил газовый индикатор и надел навес над одним бассейном в качестве контроля. Затем, каждый день в течение нескольких месяцев, он ждал ливня, промокая, пока он вытаскивал образцы из каждого бассейна в стеклянные шприцы. «Это было довольно неприятно, — сказал он, — но я получил некоторые интересные результаты».

Эти ранние эксперименты показали, что дождь увеличивает скорость переноса углекислого газа (CO2) или эффективность, с которой он переносится из воздуха в воду. Хо, ныне океанограф в Гавайском университете в Маноа, с тех пор занимается этой исследовательской темой, тщательно изучая эффект на имитаторе дождя NASA и во время исследовательских экспедиций в Тихом океане.

Его последнее исследование является кульминацией этой работы, предоставляя первую всеобъемлющую и глобальную оценку того, что происходит с потоками CO2, когда дождь попадает в океан. Мировой океан поглощает около четверти выбросов CO2 в результате деятельности человека, и это исследование показывает, что осадки увеличивают это поглощение на 140–190 миллионов метрических тонн, или 5–7%, в год.

«Может показаться удивительным, что для количественной оценки этого процесса требуется так много времени, но отчасти это связано с тем, что это сложная проблема для изучения», — сказал Хо. Большинство измерений концентрации газа в океане проводятся с судов, которые собирают пробы воды на глубине 5–7 метров. Но поскольку дождь попадает на поверхность, его воздействие на этих глубинах незаметно. «Это игнорировалось, потому что у нас нет данных».

Когда капля дождя падает в океан, она временно изменяет физику и химию морской воды вокруг себя. Исследование выявило три основных способа, с помощью которых дождь увеличивает поглощение углерода океаном: турбулентность, разбавление и мокрое осаждение.

Когда капля ударяется о поверхность, она создает турбулентность, которая приводит больше воды в контакт с атмосферой и содержащимся в ней углеродом. Каждая капля также является всплеском относительно пресной воды, которая разбавляет морскую воду и изменяет градиент концентрации CO2 между воздухом и морем, обеспечивая более высокое поглощение. И, наконец, влажное осаждение относится к тому, как каждая капля поглощает CO2, падая через атмосферу, а затем впрыскивает этот газ непосредственно в океан.

Мокрое осаждение — это односторонний поток, сказал Рик Ваннинхоф , океанограф из NOAA, который был пионером в использовании инертных химических трассеров для изучения газообмена между воздухом и водой. Ваннинхоф не принимал участия в последнем исследовании, но работал с Хо над экспериментами в бассейне. «Мы не думали об этом в ранних исследованиях, но в глобальном масштабе это исследование показывает, что это, вероятно, одно из самых больших последствий дождя для потоков углекислого газа», — сказал он.

Исследование было проведено под руководством Летиции Парк из Университета Сорбонны. Для нее наиболее значимым открытием является то, что размер этого воздействия дождя на поглощение углерода океаном сопоставим с размером глобального дисбаланса углеродного бюджета или предполагаемой разницей между общими выбросами углерода и общим поглощением углерода океаном и сушей. Возможность количественной оценки этих мелкомасштабных процессов на границе воздух-море должна улучшить способность ученых моделировать потоки углерода между атмосферой и океаном, сказала она.

Ключевой частью исследования является модель, разработанная соавтором Хьюго Белленжером. «Физические модели для океанской кожи были впервые разработаны в 1960-х годах», — объясняет Белленжер, специалист по моделированию климата в Лаборатории динамики метеорологии Французского национального центра научных исследований (CNRS). «Но хотя они хорошо отслеживали изменения температуры, [ранее] не было измерений ее солености».

Эта модель позволила исследователям определить, где дождь оказывает самое сильное воздействие. Турбулентность и разбавление играют важную роль в тропиках, которые характеризуются сильными дождями и слабыми ветрами. Эффекты влажных осадков также значительны в тропических регионах, а также в других областях с обильными осадками, таких как тропы штормов и Южный океан.

Это стало неожиданностью.

«Мы ожидали, что дожди в основном увеличат поглощение углерода в тропиках. Было неожиданно обнаружить, что они также могут оказать заметное влияние в регионах более высоких широт», — сказал Парк.

Эффект может усилиться по мере потепления мира и увеличения количества осадков: команда обнаружила, что скорость влажных отложений масштабируется с интенсивностью осадков. Штормы уже выбрасывают больше осадков, и ученые ожидают, что характер осадков над океаном изменится с изменением климата. В своем анализе, основанном на спутниковых наблюдениях и повторном анализе глобальных наборов данных о погоде с 2008 по 2018 год, исследователи увидели небольшую тенденцию к росту влияния дождя на поглощение углерода океаном.