Аравийское море незаметно теряло кислород на протяжении тысячелетий

Фото из открытых источников

Проблема нехватки кислорода в Аравийском море обычно рассматривается как относительно недавняя. Наблюдения последних нескольких десятилетий показывают, что зона с низким содержанием кислорода в нем углубляется и распространяется, и большинство климатических прогнозов рассматривают дальнейшее сокращение запасов кислорода как нечто, что еще впереди. По этой интерпретации, море находится в состоянии ранней опасности.

Дно океана, покрытое илом, говорит об обратном. Прослеживая химический состав океана на протяжении 10 000 лет по слоям донных отложений, исследователи обнаружили, что кислород улетучивается гораздо дольше, чем это фиксируют любые приборы, — и виновником является тот же самый ослабевающий муссон, за развитием которого ученые сейчас наблюдают в режиме реального времени.

Новое исследование реконструирует, как менялся уровень кислорода в Аравийском море в течение голоцена — теплого периода, длившегося примерно последние 11 000 лет после последнего ледникового периода. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Исследователи получили свои доказательства из ила на дне океана, где оседают и остаются химические следы древней морской воды.

Работу возглавил Сянчжун Ли, специалист по наукам о Земле из Юньнаньского университета в Куньмине, Китай, в сотрудничестве с коллегами, в том числе с группой палеоклиматологов из Университета Аризоны. Вместе они собрали данные о температуре поверхности и содержании кислорода, начиная с раннего голоцена.

В итоге сложилась картина неуклонного ухудшения ситуации. Содержание кислорода в верхних слоях постепенно и неуклонно снижалось, и виной тому не была какая-то одна катастрофа. Просто долгое, медленное движение к менее пригодным для дыхания водам, слой за слоем отпечатывающееся на морском дне.

Для воссоздания исчезнувшего океана необходимы косвенные подсказки, заменяющие измерения, которые никто не смог провести.

Исследовательская группа опиралась на раковины фораминифер — одноклеточных морских организмов, химический состав которых позволяет получить представление о воде, в которой они росли. Если расположить достаточное количество таких раковин в правильном порядке, получится хронологическая последовательность.

С помощью этих раковин исследователи измерили температуру поверхности по всему периоду. Полученные данные показали, что Аравийское море нагрелось примерно на 1,4°C за голоцен, что представляет собой реальное и измеримое повышение температуры, а не просто фоновый шум. Оказывается, это потепление имеет центральное значение для понимания роли кислорода.

Другие химические маркеры в тех же образцах ила отслеживали количество кислорода, достигающего воды непосредственно под поверхностью.

Сопоставив данные о температуре и содержании кислорода, команда смогла проследить причинно-следственные связи на протяжении тысяч лет, чего ранее не удавалось зафиксировать в рамках одного непрерывного исследования региона.

В начале голоцена, примерно от 10 000 до 6 000 лет назад, летние муссоны дули сильнее, чем сегодня. Эти сильные ветры делали больше, чем просто поднимали волны.

Они вызывали глубокое перемешивание – увлекая богатую кислородом поверхностную воду вниз и поднимая более холодную воду снизу. Весь верхний слой океана оставался взболтанным и хорошо насыщенным кислородом.

Затем ветер стих. По мере ослабления муссона в позднем голоцене и дальнейшего потепления поверхности интенсивное перемешивание замедлилось. Теплая вода легче, поэтому она упорно плавает на поверхности более холодной и плотной воды, и два слоя перестают легко меняться местами.

Такое расслоение на трудноразделимые слои называется стратификацией, и оно действует как крышка. Поскольку поверхность и глубина больше не перемешиваются свободно, кислороду сверху стало трудно достигать воды внизу.

Более глубокие слои моря были обречены на медленное голодание — закономерность, которую предполагали более ранние исследования, но которую не удалось проследить на протяжении всего голоцена в одном исследовании.

Стратификация является основным объяснением большей части снижения содержания кислорода, но исследователи с осторожностью относятся к остальным факторам. Химический состав раковин напрямую показывает падение уровня кислорода. Что именно стало причиной каждого из этих процессов, подтвердить сложнее.

Отчасти это, по-видимому, связано с эффектом крышки – меньшее перемешивание, меньшее количество кислорода, поступающего вниз. Вероятно, свою роль играет и биология.

Там, где на поверхности много живых организмов, умирающие организмы опускаются на дно и разлагаются, а это разложение потребляет кислород в воде под ними. Баланс между этими силами варьировался от места к месту в море.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что потепление и ослабление ветров в совокупности привели к снижению содержания кислорода, а биологические факторы, вероятно, усилили потери кислорода в продуктивных районах.

Точное определение того, какой вклад вносил каждый фактор в тот или иной момент времени, остается задачей для будущих исследований.

До этого исследования долгосрочная динамика содержания кислорода в Аравийском море на протяжении голоцена не была представлена в виде единой непрерывной записи, напрямую связанной с температурой.

Эта взаимосвязь и является новым вкладом. Более теплая поверхность, более прочная критическая оболочка и меньшее количество кислорода под ней были подтверждены на протяжении тысяч лет, а не выведены из предположений на основе нескольких точек.

Причина, по которой это актуально и сегодня, вызывает дискомфорт. Потепление происходит сейчас быстрее, чем когда-либо в голоцене, и те же физические законы, которые тогда привели к разреженности кислорода, не изменились.

Более теплая поверхность сегодня формирует подобную «крышку». Это означает, что слой с низким содержанием кислорода в этом регионе – и без того один из самых больших и интенсивных в любом океане – может распространиться дальше.

Это расширение имеет реальное значение для миллионов рыбаков, которые ловят рыбу в этих водах. По мере расширения зоны с низким содержанием кислорода уменьшается и пригодное для жизни пространство для рыб и других морских животных, заставляя их ютиться в более узких полосах пригодной для дыхания воды.

Недавние исследования отслеживали расширение и сужение этих зон в зависимости от климата, а некоторые исследования даже выявили кратковременные изменения направления ветра, связанные с его изменением.

Самый очевидный вывод заключается в том, что потеря кислорода в Аравийском море — это не просто современная случайность, вызванная промышленным потеплением. Это процесс с глубокими корнями, который океаническая химия незаметно фиксировала на протяжении тысячелетий, и который, по всей видимости, сегодняшнее потепление ускорит.

Для ученых голоценовые данные теперь представляют собой естественный эксперимент, реальный пример того, как этот океан реагирует на потепление поверхности и ослабление ветра.

Это даёт климатическим моделям надёжную основу для проверки, вместо того чтобы полагаться только на прогнозы. Эксперимент уже однажды проводился в грязи.

Для людей и экосистем, зависящих от этого моря, послание звучит более остро. Условия, которые в прошлом истощали его кислород, восстанавливаются, и исследования ледниковых циклов, а также моделирование, проведенные в последние десятилетия, указывают в одном и том же направлении.

Отслеживание скорости и местоположения смещения зоны с низким содержанием кислорода в настоящее время является одним из наиболее актуальных вопросов для будущего региона.