Асидификация вод Восточно-Сибирского шельфа как результат возрастающего стока сибирских рек и деградации мерзлоты

| 647

18 апреля в ведущем мировом издании в области наук о Земле — в журнале Nature Geoscience, опубликована статья «Acidification of East Siberian Arctic Shelf waters through the addition of freshwater and terrestrial carbon» (doi: 10.1038/NGEO2695), посвященная выявлению нового механизма асидификация (подкисления) вод, обнаруженного на Восточно-Сибирском шельфе. Эта работа является результатом многолетних исследований, выполненных на рубеже 20 и 21 века международной группой ученых, в состав которой вошли ученые из семи университетов и институтов России, Швеции и США, объединенных в рамках Международной лаборатории углерода арктических морей в Институте природных ресурсов Томского политехнического университета.

Научный руководитель лаборатории, профессор Игорь Семилетов и профессор Наталья Шахова ответили на вопросы и прокоментировали основные результаты этой работы.

Мария Алисова: В чем заключается актуальность и новизна новой работы, опубликованной в престижном журнале группы Nature?

Игорь Семилетов: Принято считать, что природная кислотность (асидификация) вод Мирового океана выведена из равновесия за счет поглощения из атмосферы избыточной двуокиси углерода (СО2), поступившей в результате деятельности человека — сжигания ископаемого топлива, сведения лесов и так далее. Это привело к значимому увеличению кислотности. С начала так называемой Индустриальной Революции (точка отсчета 1890 год) средняя концентрация ионов водорода в Мировом океане увеличилась на 30%, что в терминах водородного показателя, рН (отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода), соответствует изменению от 8.2 до 8.1. Показано, что такие изменения приводят к растворению кальцит-содержащих ракушек моллюсков, панцирей других морских организмов, и в конечном итоге к нарушению функционирования пищевых цепей и к другим серьезным экологическим последствиям. Так, с эффектом асидификации связывают массовую гибель кораллов в тропических широтах Мирового океана. Поэтому морскую воду, в которой происходит растворение кальцит-содержащих организмов, называют коррозионной водой.

В нашей статье мы на примере Восточно-Сибирского шельфа (ВСШ) показываем, что в различных районах Мирового океана может работать механизм асидификации, отличный от общепринятого.

На основе данных, полученных за 12 лет (1999-2011), показано, что экстремальная асидификация вод ВСШ — самого широкого и мелководного шельфа Мирового океана, определяется темпами деградации прибрежной мерзлоты, что приводит к экспорту древнего углерода, ранее законсервированного в мерзлоте в океан, где происходит окисление органического вещества до СО2, что и приводит к значительному понижению рН — увеличению концентрации ионов водорода в ВСШ. Другим фактором асидификации в Северном Ледовитом океане является эффект распреснения вод за счет увеличивающегося стока сибирских рек. В ВСШ, который является преемником стока крупнейших рек Сибири: Лены, Яны, Индигирки, Колымы — этот фактор асидификации является вторым по значимости после окисления эрозионного углерода наземного происхождения. Также нами исследовалась роль влияния распресняющего эффекта таяния льдов — оказалось, что он играет небольшую роль в асидификации ВСШ по сравнению с выше рассмотренными факторами.

Мария Алисова: Пожалуйста, расскажите подробнее о наиболее аномальных проявлениях асидификации на ВСШ и наиболее важных экологических последствиях, вызванных экстремальной асидификацией.

Наталья Шахова: Мы сравнили асидификационный эффект для океанографических станций, выполненных в районе, наиболее подверженном береговой эрозии, то есть массированному транспорту эрозионного углерода с его последующим окислением в море и в реке Лене и ее эстуарии. Оказалось, что аномально низкие значения рН (до 7.4) были обнаружены на участке, максимально подверженном эрозии, — увеличение концентрации ионов водорода до 500% и выше от «нормального» состояния (под которым понимается некоррозионное состояние вод). Для сравнения, в реке Лене и в ее эстуарии увеличение концентрации ионов водорода составило от 100 до 150% от некоррозионного состояния.

Изучение распределения плотности биомассы донных организмов (макробентоса) в этих районах показало многократное снижение в районах с максимальными значениями растворенного СО2, аккумулированного в воде в результате окисления эрозионного углерода.

Мария Алисова: Насколько значим новый результат для понимания-уточнения ранее принятых оценок асидификации Северного Ледовитого океана. Нужно ли продолжать исследования в этом направлении? 

Игорь Семилетов: В 2013 году была опубликована экспертная оценка потенциальной асидификации вод ВСШ для 2100 года, основанная на возрастающем поглощении антропогенногоо СО2 из атмосферы (ссылка на цитируемую литературу номер 1, см. статью). Если сравнить рис. 1б из нашей статьи с рис. 10 из сопроводительных материалов-Supplementary Materials, то становится очевидным, что наблюдаемая экстремальная асидификация вод ВСШ уже значительно превзошла предсказанную на 2100 год. Это значит, что уровень моделирования основных механизмов природных процессов, ответственных за асидификацию вод в Северном Ледовитом, океане пока далек от реальных процессов. 

Наталья Шахова: Я бы хотела добавить, что возрастающая роль деградации прибрежной мерзлоты в поставке эрозионного углерода (с последующим окислением до СО2) в океан, наряду с увеличивающимся речным стоком, актуальна не только для ВСШ, но и для всего Северного Ледовитого океана, так как коррозионные (растворяющие кальцит организмов) воды ВСШ переносятся в глубокую часть океана.  Этот процесс довольно быстрый — как было нами показано в статье, опубликованной в прошлом году (Shakhova N., I. Semiletov, V. Sergienko, L.Lobkovsky, V. Yusupov, A. Salyuk, A. Salomatin, D. Chernykh, D. Kosmach, G. Panteleev, D. Nicolsky, V. Samarkin, S. Joye, A. Charkin, O. Dudarev, A. Meluzov, O. Gustafsson (2015) The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice. Phil. Trans. R. Soc. A, vol. 373: 20140451. https://go.tpu.ru/7F0Uf78_), водные массы ВСШ достигают самые удаленные районы Северного Ледовитого океана в течение двух-трех лет. Очевидно, что требуются дальнейшие исследования, направленные на уточнение траекторий транспорта вод ВСШ, и роли выявленных нами процессов в других районах Северного Ледовитого океана, подверженных экспорту эрозионного углерода и речному стоку. 

Статья доступна на сайтах журнала Nature, Nature Geoscience: nature.com/subjects/climate-sciences/newsnature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2695.html.