Закон Генри говорит, что чем теплее вода, тем меньше газов могут в ней раствориться. Рост температур на градус снижает объем кислорода в литре воды примерно на пару процентов. Кроме того, теплая вода легче холодной. То есть при существенном нагреве планеты она образует «крышку», не дающую холодным водам подниматься к поверхности и обогащаться там кислородом. Обитатели моря в основном холоднокровные, поэтому рост температур должен ускорить их метаболизм, поднимая потребность в кислороде, в то время как в воде его, по прогнозам, станет меньше.
Эти теоретические соображения позволяли ученым десятилетиями утверждать, что глобальное потепление приведет к кризису морской жизни, появлению обширных бескислородных зон в морях. А отдельные группы исследователей даже выпускали работы о том, что процесс этот уже идет, и биомасса планктона и других морских созданий падает в реальном времени даже быстрее, чем предсказывали модели.
У всех этих стройных, разумных и убедительных теорий была только одна проблема: они не подтверждались эмпирическими фактами из прошлого. Исследования осадочных пород древних морей не только не выявили падения их биопродуктивности в теплые эпохи, но и, напротив, указывали на их более высокую биомассу.
Авторы новой работы отмечают, что данные по морским глубинам климатического оптимума миоцена (17,0-14,8 миллиона лет назад) в Тихом океане не так давно указали на то, что кислорода там было больше, чем в наши дни. Сходные результаты получили и для более ранних эпох. Чтобы понять, локальное ли это явление, или так было по всей Земле, они исследовали отложения древнего Аравийского моря. Результаты их исследований опубликовали в Communications Earth & Environment.
Уровень кислорода в древнем Аравийском море ученые определяли с помощью соотношения изотопов в остатках древних фораминифер, извлеченных с морского дна бурением. Оказалось, что хотя количество кислорода в местной воде было не очень велико, оно существенно превосходило то, что наблюдается там сегодня. Сейчас в Аравийском море кислорода так мало, что с его поверхности выделяется азот: часть микроорганизмов вынуждены «дышать» нитратами (то есть использовать их компоненты как окислитель) вместо кислорода.
В итоге освободившийся азот идет в воздух, что плохо для биопродуктивности моря, потому что азот воздуха живыми организмами усваивается реже и хуже, чем азот из нитратов. В Аравийском море это не создает проблемы только потому, что при текущих концентрациях кислорода там не так много жизни, так что дефицита азота все равно нет. В древнем Аравийском море 17-14,8 миллиона лет назад жизни было больше. А еще кислорода в воде было больше, чем сейчас, и переходить на использование нитратов как окислителя не было нужды.
Пока миоцен оставался на пике своей теплоты, Аравийское море, как и древний Тихий океан, имели больше кислорода, чем сегодня. Лишь около 12,1 миллиона лет назад, когда климат стал значительно холоднее, содержание кислорода начало уменьшаться. При этом дефицит кислорода в Аравийском море после похолодания стал острее, чем в Тихом океане.
Авторы сделали вывод: «В той мере, в которой климатический оптимум миоцена является аналогом долгосрочной реакции океанов на глобальное потепление, концентрация кислорода может вырасти в обоих регионах [и в Аравийском море, и в северной части Тихого океана] до таких уровней, когда они перестанут выбрасывать азот в воздух». То есть моря и там, и там перестанут испытывать кислородный голод как раз из-за глобального потепления. Хотя это и противоречит моделированию и теоретическим ожиданиям основной части научного сообщества.
Климатический оптимум миоцена — примерно от 17 до 14 миллионов лет назад, — характеризовался температурным режимом и состоянием атмосферы, схожими с теми, что, по нашим прогнозам, установятся после 2100 года. Мы воссоздали картину насыщения океана кислородом в ту эпоху, чтобы лучше понять, как могут развиваться события через сто и более лет
Александра Аудерсет, один из авторов новой работы
Причины, по которым содержание кислорода при потеплении росло, авторы предложили усиленно изучать. По уже исследованным зонам они предположили, что дело в усиленном перемешивании океана с воздухом у поверхности моря за счет каких-то сдвигов в течениях и ветрах.
Выводы авторов интересны тем, что раньше высокое содержание кислорода следовало лишь из изучения отдаленных эпох — мезозоя или палеоцен-эоценового термического максимума, когда жизни в морях явно было много больше, чем сегодня.
В те времена география Земли, очертания материков и, несомненно, морские течения и ветра могли существенно отличаться от нынешних. Миоцен был недавно, география планеты в тот период была весьма близка к нынешней. Соответственно, ожидать удушья морской жизни от современного потепления теперь становится особенно сложно. Куда более вероятен обратный процесс — как и в прошлые эпохи.