Микроскопические водоросли, известные как фитопланктон, обитают в верхних слоях воды и служат основой для всей морской пищевой цепочки. От их благополучия напрямую зависит не только улов рыбаков, но и способность океана поглощать излишки углекислого газа. Кроме того, эти крошечные организмы вырабатывают около половины земного кислорода, помогая поддерживать стабильный климат на планете.
Исследование провела международная команда океанологов, в которую вошли специалисты из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) и эксперты NASA. Согласно работе, опубликованной в журнале Science Advances, этот природный фундамент оказался под серьезной угрозой. Чтобы оценить масштабы проблемы, исследователи проанализировали данные со спутника NASA Aqua за последние 20 лет. Специальный прибор на его борту непрерывно фиксировал цвет океанической поверхности, ведь зеленоватый оттенок воды обычно указывает на обилие микроводорослей.
Однако авторы научной работы не просто примерно подсчитали количество планктона, а изучили его внутреннее состояние. Они обратили внимание, что соотношение углерода и хлорофилла в клетках четко указывает: организмы испытывают стресс от голода. Спутниковые снимки ученые сопоставили с реальными пробами воды из экспедиций, а также провели генетический анализ бактерий прохлорококков, которые составляют основу планктона. При дефиците питания в их ДНК появляются особые маркеры, которые исследователи научились считывать.
В результате исследователям удалось составить первую в истории глобальную карту «океанического голода». Самая тревожная ситуация сложилась в субтропических круговоротах — это гигантские малоподвижные области в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах.
Причиной такой аномалии стал базовый физический закон: при нагревании вода расширяется, ее плотность снижается. Из-за глобального потепления самый верхний слой океана сильно прогрелся и стал очень легким. Он буквально «плавает» на поверхности, словно слой масла на воде, в то время как глубокие слои остаются холодными, плотными и тяжелыми.
В нормальном состоянии океан постоянно перемешивается ветрами и течениями, благодаря чему минералы из холодной глубины поднимаются к поверхности. Однако теперь разница в плотности между слоями стала настолько огромной, что естественное перемешивание прекратилось. Энергии ветра просто не хватает, чтобы преодолеть этот барьер, который ученые называют термоклином.
В итоге возник критический для экосистемы разрыв. Микроскопическому планктону для фотосинтеза обязательно нужен солнечный свет, который есть только у поверхности. Но вся его «еда» в виде азота, фосфора и железа теперь оказалась запертой глубоко внизу. Организмы фактически остались на солнце, но в абсолютно пустой, лишенной питательных элементов воде.
Любопытным исключением оказалась Северная Атлантика: местный планктон научился так хорошо экономить фосфор, что даже при его дефиците чувствует себя относительно благополучно.
Ученые также заметили, что уровень стресса микроорганизмов колеблется вместе с естественными климатическими циклами. Например, в периоды похолодания вода из глубин активнее прорывается наверх, планктон временно получает больше питания. Однако за этими природными качелями скрывается опасный долгосрочный тренд: с 2002 по 2021 год средняя температура поверхности океана неуклонно росла, а вместе с ней увеличивались масштабы зон хронического голода.
Интересно, что прогноз авторов нового исследования расходится с эмпирическими наблюдениями со спутников Земли. Согласно работе в Nature, они фиксируют прямо противоположный процесс: быстрое озеленение Мирового океана из-за увеличения количества фитопланктона в нем.
Опыт прошлых глобальных потеплений, включая палеоцен-эоценовый термический максимум, когда глобальные температуры были на 10 градусов выше, чем ожидается во время современного потепления, тоже не показывает никакого сокращения количества планктона в океане. Напротив, находки организмов оттуда в соответствующих слоях более часты, чем в более поздних и более прохладных.
Аналогичная картина наблюдается на современной Земле: в более теплых водах тропиков и экватора удельная масса фитопланктона на единицу поверхности выше, чем в водах умеренных широт, не говоря уже о полярных.