Глобальное потепление и коралловые рифы: ренессанс вместо гибели

«Коралловые рифы исчезнут к 2100 году» — предупреждают нас новости. Компьютерные модели это показывают — что же тут поделаешь? Причины, сообщают нам, две: глобальное потепление и закисление океанов (от все того же углекислого газа, выбрасываемого в больших количествах благодаря людской деятельности). Чрезмерная жара заставляет кораллы изгонять микроводоросли-симбионты, а закисление океана снижает концентрацию карбонатных ионов в морской воде — а ведь именно из них кораллы строят свою твердую оболочку. Звучит логично.

Однако к этой логичной картине сами собой возникают вопросы из эмпирического опыта. В школьные годы практически любой из нас много раз трогал руками странный белый материал, пачкающий руки — мел. Мы им писали на школьных досках и не особенно задумывались о том, что мел — останки кальцийсодержащих оболочек древних живых обитателей моря. Оседая на дно во многих местах, они покрыли собой (и тем сохранили до наших дней) кораллы мелового периода, эпохи динозавров. И некоторые из таких коралловых рифов прошлого, находят, например, в датском меловом карьере (впрочем, на Русской равнине — та же картина).

Кораллы там весьма похожи на современные глубоководные. Возникает вопрос: почему сегодня в Дании никаких кораллов нет, ведь она примерно на той же широте, что и тогда? И почему они были там во времена динозавров и около того?

Да, тогда, в меловом периоде и начале кайнозоя мир был на пять градусов теплее, чем сегодня. Но ведь в мезозое кораллы жили не только там, где сейчас Дания, но и в жарких тропических водах. Почему, если потепление и закисление воды — а в мезозое они бывали сильнее, чем сейчас — должны их убить? И правы ли те, кто пророчат кораллам гибель от этих факторов в наши дни?

Как предсказать прошлое?

Можно предложить очень много самых разных объяснений тому, что именно заставляло кораллы прошлого процветать. Ведь кораллы — очень сложные существа, и наши знания об их прошлом полны пробелов. Например, известно, что они существовали в кембрии, полмиллиарда лет назад. Однако затем, в позднем ордовике, их следы почему-то теряются на миллионы лет — и возникают только в следующих геологических периодах. Причины этого «исчезновения» неизвестны. Скорее всего, в реальности кораллы никуда не девались: просто на время перестали оставлять твердые скелеты, которые легко обнаружить в ископаемой летописи.

Дело в том, что эти «внешние скелеты» далеко не обязательное условие их выживания. Даже мягкие ткани современных твердых кораллов содержат вещества, не дающие большинству морских хищников их поедать (терпеноиды придают им слишком своеобразный вкус). Как выяснили полтора десятка лет назад ученые, даже современные кораллы, обычно выращивающие твердые внешние оболочки, могут отказываться от них при изменении параметров морской воды — и при этом вполне продолжать выживать. Да что там выживать: в таких экспериментах они становились даже больше обычного.

Еще одна проблема: кораллы-склератинии, похожие на современные, возникают только 247 миллионов лет назад (по крайней мере, их находок постарше пока нет). Какие факторы помогали или мешали кораллам более древних групп — понять очень сложно, потому что их потомки не дожили до нашего времени.

Чтобы разрешить все эти вопросы, авторы новой работы в Nature взяли данные по 535 коралловым рифам прошлого и заложили их в обобщающую цифровую модель, которая учитывала климат и движение континентов в последние четверть миллиарда лет. Затем модель заставили сделать «предсказания»: в каких районах Земли за это время коралловые рифы должны были процветать, а в каких — нет?

Важный момент: в качестве условий, в которых могли выживать рифообразующие кораллы, были заложены те условия, в которых они живут в наши дни. Авторы заложили в модель предположения, что при +33 и выше кораллы жить не будут — равно как и температурах ниже +18, когда им слишком холодно.

Модель опиралась не только на температуру. В зависимости от динамики движения континентов количество мелководий в зонах с подходящим климатом может или уменьшаться, (например, когда континенты расходятся далеко в разные стороны), или увеличиваться (когда они сближаются).

Исходя из этих двух факторов модель дала «предсказания», совпадающие с местами, где были найдены реальные коралловые рифы древности. Правда, совпадения «предсказаний прошлого» и реального прошлого наблюдалось только в 60-87% случаев. Почему-то 72 из 535 древних рифов существовали в местах, где температура поверхности моря была ниже +18 — то есть там, где современные коралловые рифы не смогли бы выжить. В 61 случае древние рифы находились в зонах, где поверхность моря имела температуру 33,8–35,6 °C — то есть там было так жарко, что современные рифы не показали бы (если верить авторам модели) роста и там.

Выводы авторов работы таковы: на протяжении основной части из последних четверти миллиардов лет зона формирования коралловых рифов была намного шире, чем в наши дни — заходя выше 45 градуса северной широты. Основная причина этого — более теплый климат, доминировавший в эпоху динозавров и в первой половине кайнозоя. До того серьезное сжатие ареала коралловых рифов наблюдалось только в раннем юрском периоде. Именно в это время, отмечают авторы, уровень моря резко падал. Понятно, что у моря нет «сливного отверстия»: падения случались из-за похолодания, временного образования ледовых шапок в приполярных регионах, связывавших часть морских вод.

Аналогичная картина наблюдается и в последние 37 миллионов лет — причем по нарастающей. С момент появления ледовой шапки в Антарктиде уровень моря снижается, а климат становится более холодным. Именно поэтому в наши дни никаких коралловых рифов на широте Дании или Русской равнины больше нет.

Что новая работа означает для будущего кораллов?

На первый взгляд, эта работа — хорошие новости. А вот на второй… Как пишут сами ее авторы «Хотя это может вызвать некоторый оптимизм в отношении судьбы коралловых рифов в теплеющем мире, здесь необходима осторожность. Экосистемы коралловых рифов прошлого возникли в мире-парнике, где экологические сообщества были адаптированы к теплому климату на протяжении миллионов лет. Хотя и возможно, что коралловые рифы при прогнозируемом глобальном потеплении справятся лучше, чем оценивают текущие модели… требуется консерватизм в оценках такого рода».

Мысль авторов проста: те кораллы были отлично приспособлены к теплу, а нынешние — может, и не очень хорошо. Как узнать-то?

В конце своей работы авторы даже усиливают эту свою мысль: «Хотя экосистемы коралловых рифов могут изменять свое распространение [расширять зону обитания — N.S.] в подходящих условиях на протяжении весьма длительных интервалов времени, они вряд ли смогут выдерживать темп быстрого, антропогенного изменения климата».

Получается, с чего начали, тем и закончили. Кораллы вымирают все равно — только теперь не от потепления, как нам говорили раньше, а от его слишком быстрого темпа — ведь оно искусственное, а не естественное.

Что-то пошло не так

Авторы статьи в Nature проделали большую работу, которая дала явно новые результаты — обнаружили, например, что кораллы прошлого могли жить и в климате, который сегодня считают слишком жарким, или слишком холодным. Но с оптимистичными выводами спешить не стали. Возможно, напрасно.

Самая большая проблема с ними (с выводами) в самой фразе «они [кораллы] вряд ли смогут выдерживать быстрый темп антропогенного изменения климата». В самой работе нет абсолютно ничего, никаких аргументов, которые бы подкрепляли этот вывод — только отсылка к двум научным работам других ученых, вышедшие еще в 2013 году.

Вся беда в том, сама идея «антропогенное изменение климата — быстрое, а естественное — более плавное» не находит подтверждения в наблюдаемой нами реальности. Напомним: антропогенное изменение климата за 1970-2020 годы принесло изменение средней температуры на Земле ровно на один градус.

А какими были естественные изменения мировых температур в предшествующие серьезные изменения климата? 14700 лет назад на Земле началось Бёллингское потепление. Ледниковые щиты тогда таяли так быстро, что море поднималось на 40-60 миллиметров в год. Сегодня, напомним, оно поднимается на 3-4 миллиметра в год — в 10-20 раз медленнее.

Может быть, на тогдашней Земле действовали другие законы физики? И тогда море поднималось в 10-20 раз быстрее, чем сегодня, при темпах потепления медленнее, чем сегодня? Проверим эту гипотезу: обратимся к палеоклиматическим данным.

Данные по Южной Аляске около 14,6 тысячи лет назад показывают потепление на 3 градуса за не более, чем 90 лет. А в текущее глобальное потепление никакого роста температур на Аляске на три градуса за 90 лет никто не видел.

Обратимся к последнему из быстрых естественных потеплений на нашей планете: концу Позднего дриаса, 11,6 тысячи лет назад. Согласно анализу гренландских льдов, в ту эпоху потеплело не менее чем на 6 градусов. Авторы соответствующей работы пишут: «Климатический переход в конце позднего дриаса [в районе забора образцов льда]… случился менее чем за 50 лет, основная его часть — за 10-20 лет». Получается, темп изменения климата в Гренландии той поры составил минимум шесть градусов за полвека — или не менее 1,2 градуса в десять лет.

Причем именно что «не менее шести градусов». Наиболее вероятная оценка много выше — 10 градусов. Не исключено, что реальный темп потепления тогда составлял даже 14 градусов за все то же, геологически ничтожное время.

Впрочем, в отношении будущей судьбы кораллов совершенно все равно, каким был реальный темп потепления в конце дриаса — 6 градусов или 14. Важно другое: в ходе современного потепления в Гренландии средние температуры не поднялись ни на шесть, ни на пять, ни на четыре градуса. Взглянем на график ниже: самый холодный зарегистрированный год (1914-й) в Гренландии нашей эпохи лишь на 3,46 градуса прохладнее самого жаркого зарегистрированного года там же (2016-го). Даже если взять период после 1980 года, то больше 1,0 градуса в десять лет получить не удается.

То есть в любом случае сейчас в Гренландии теплеет не быстрее, чем тогда. Между тем, абсолютно все климатологи согласны, что Арктика — самый чувствительный к современному потеплению регион. В остальном мире температуры растут гораздо слабее, чем там. 11,6 тысяч лет назад ситуация должна быть сходной: десятиградусное потепление в Гренландии за полвека соответствовало всего нескольким градусам потепления на Земле в целом. Однако и несколько градусов за 50 лет — это намного, намного быстрее, чем тот один градус, что мы видели в последние полвека.

Вывод: из имеющихся у нас данных невозможно сделать вывод о том, что современное антропогенное потепление идет быстрее, чем естественные потепления прошлого. Напротив: судя по тем данным, что у нас есть, последняя ледниковая эпоха заканчивалась намного более резким потеплением, чем мы наблюдаем сейчас, в индустриальную эру. Нет ни одной научной работы, которая бы анализировала именно конец последнего ледникового периода на основе каких-либо эмпирических данных, и пришла бы к иному выводу.

Как на самом деле определить, вымрут ли кораллы?

Итак, неплохая работа по судьбе кораллов прошлого не указала корректно на их судьбу в будущем, поскольку ее авторы судили о скоростях потепления в прошлом с чужих слов. Возникает естественное желание понять: что же все-таки будет с кораллами в реальном мире?

Самый простой способ узнать это наверняка — найти данные о том, при каких температурах современные рифообразующие кораллы начинают массово гибнуть. Не так, как это делают СМИ — взять температуру, при которой начинаются обесцвечиваться (изгонять водорослей-симбионтов) кораллы Большого Барьерного рифа, а иначе: найти именно те линии кораллов, которые часто сталкиваются с высокими температурами.

Ясно, что на Большом Барьерном рифе, в открытом океане, морская вода и +30 редко достигает. То есть кораллы там нечасто сталкиваются с жарой. Чтобы понять их будущее, ответ на вопрос надо искать там, где выше +30 в воде бывает регулярно. Именно в таких условиях живут кораллы Красного моря и Аденского залива. Последняя работа на эту тему сообщает: если брать самые холодные части Красного моря, то кораллы в ней нормально существуют от 34,72°C (вид S. pistillata) до 35,15 °C (P. verrucosa). А вот в самых теплых частях коралловой «метрополии тепла» они не погибают и при 37,70°C (вид A. hemprichi).

Более того. Очень возможно, что в реальности даже в самых теплых водах потепление приведет к ускорению росту рифов — их расцвету, а не гибели. Так, в 2017 году группа ученых взяла те самые, теплостойкие кораллы Красного моря (Stylophora pistillata) и поместила их в воду на 1-2 градуса теплее, чем летняя вода (пиковой температуры) в их естественной среде обитания. Заодно — проверять так проверять — и pH воды понизили до 7,8, примерно как в мезозое, и намного ниже, чем в современных морях Земли.

Оказалось, что Stylophora pistillata не просто не пострадала от таких условий. Ее микроводоросли-симбионты еще и стали фотосинтезировать активнее — у них улучшилась пигментация, они стали вырабатывать вдвое больше кислорода, а их первичная фотосинтетическая продуктивность выросла на 51%.

Кажется, нам открылась «великая тайна», стоящая за выводом авторов работы о рифах последних 247 миллионов лет. Их модель не смогла предсказать существование древних коралловых рифов, живших при 33,8–35,6 °C просто потому, что авторы этой модели еще не знали о другой недавно вышедшей работе — о кораллах Красного моря. Если знать, что даже в наши дни 35,6 °C — далеко не предел выживания кораллов, то не приходится удивляться и тому, что и в прошлые эпохи они вполне справлялись с такими температурами.

Кораллы (а точнее, их миллиметрового размера личинки) разносятся течениями довольно эффективно. Поэтому даже одна теплостойкая популяция рано или поздно колонизирует все подходящие для нее места. Да и тот факт, что кораллы одного и того же вида, подолгу живущие в жарких зонах, становятся более теплоустойчивыми, чем кораллы того же вида, но в более холодных зонах, ясно показывает, что ожидать вымирания кораллов из-за потепления нет никаких причин. Судя по приведенным выше цифрам, A. hemprichi и сегодня переносит тепло ничуть не хуже кораллов мезозоя или палеоцен-эоценового климатического максимума.

Учитывая, что в мезозое на Земле было в среднем +20, а в палеоцен-эоценовом максимуме — и вовсе +26, то высокие температуры кораллы явно не уничтожат. Благо пока на планете средние +15 и ни один мэйнстримный ученый не обещает роста температур на 5-11 градусов выше современных значений во всем обозримом будущем.

И это хорошо: если брать морскую жизнь, то она в большой степени сконцентрирована вокруг коралловых рифов. Биомасса обитателей океана в 90 раз меньше, чем у сухопутного живого мира: как бы ни были малы рифовые зоны, очень большая часть водного биоразнообразия приходится именно на них.

Но разве закисление моря не убьет кораллы?

Углекислый газ, попадая в воду, становится причиной падения pH. А в менее щелочной воде, в теории, кораллам должно быть сложнее создавать внешнюю твердую оболочку на основе карбоната кальция. Может быть, потепление в одиночку и не убьет рифы — но вдруг негативное влияние закисления, действуя одновременно с потеплением, все же добьет кораллы?

В 2021 году в Proceedings of the National Academy of Sciences вышла работа, авторы которой провели натурный эксперимент. Они построили мезокосм — особую экспериментальную среду с открытым входом, в которую поселили восемь ключевых видов кораллов и основные виды рыб и водорослей. Затем в мезокосм проложили открытый водный путь из окрестностей ближайшего кораллового рифа, чтобы туда смогли свободно проникать новые виды, типичные для таких мест.

В мезокосмах было четыре вида сред. В первой — контрольная, где вода и pH как в океане сегодня. Во второй — закисления воды не было, но зато ее подогревали на 2 °C выше, чем в окружающей среде. В третьей — было закисление (pH на 0,2 ниже современного, такой ожидают к концу века), но не было нагрева. В четвертом мезокосме сочетали и потепление, и нагрев.

Следует отметить, что повышение средней температуры воды в теплых морях на 2 °C может случиться лишь при общепланетном потеплении заметно выше двух градусов — благо, глобальное потепление меняет температуру в основном в высоких широтах, где коралловых рифов нет. Тропики и экватор нагреваются в разы медленнее среднего роста планетарных температур. То есть, условия этого эксперимента соответствуют радикальному сценарию глобального потепления — на 3-4 градуса выше современных значений. Почти мезозой.

Однако ни в одном из четырех мезокосмов за два года эксперимента гибели кораллов, как и исчезновения каких-то других видов рифовой экосистемы, не случилось. В мезокосме с повышенной температурой разнообразие было даже больше, чем в стандартных условиях. А там, где была и повышенная температура, и закисленность — ровно то же, что и в «климатической норме».

Получается, что даже далекое будущее — при суровом варианте глобального потепления — никак не снизило биоразнообразие типичных коралловых экосистем.

Пожалуй, это можно было предположить заранее. Все тот же мезозой видел воду намного более закисленную, чем в наши дни, с pH в районе 7,8. А вот упадка кораллов при этом не наблюдалось.

Подведем итоги. Каждый раз, когда мы слышим «глобальное потепление убьет то-то и то-то», мы должны задать себе вопрос: а почему оно не сделало это раньше? 11,6 тысяч лет назад, когда шло даже быстрее нынешнего? 120 тысяч лет назад, когда потепление было много серьезнее современного и бегемоты плескались в Рейне? Что заставляет нас ожидать, что кораллы, которым полмиллиарда лет, возьмут и погибнут сегодня, в условиях, немыслимо более благоприятных чем те, которые она испытывали 20 тысяч лет назад, в эпоху максимального съеживания ареала коралловых рифов?

Возможно, единственная причина, по которой кто-то делает прогноз о вымирании кораллов (и много кого еще) — это исключительно компьютерное моделирование. Как в последнем отчете МГЭИК, сулящем вымирание все тех же кораллов к 2100 году. Никакие эмпирические данные, за пределами компьютерного моделирования, на гибель кораллов от глобального потепления пока не указывают.

Любая модель ограничена тем, что за данные в нее ввели. Если вы не вводите в модель то, что кораллы живут и при +37,7, не следует удивляться, когда она покажет, что часть реальных рифов прошлого не могла существовать, потому что там было теплее +33. Если вы не вводите в модель тот факт, что кораллы и в сегодняшних экспериментах, и в прошлом Земли переносили температуры и закисление без заметных проблем, не стоит полагаться на тот прогноз, который она дает на 2100 год.