Стоит лишь перестать думать о морской бездне — и она исчезнет из сознания быстрее, чем космос. В ней нет звезд и лунного света, которые напоминали бы о ее существовании. Однако именно там, в темноте, творятся процессы, делающие нашу планету пригодной для жизни. Океан — не просто огромная лужа воды: это гигантский механизм, который регулирует климат, насыщает воздух кислородом и хранит углерод.
Буй-измеритель «Арго»
Благодаря колоссальному объему, постоянному движению и высокой теплоемкости воды океан уравновешивает взаимодействие Земли с Солнцем. Вода поглощает гораздо больше тепла, чем воздух, поэтому океан действует как гигантский радиатор: он вбирает избыточную солнечную энергию, не давая планете перегреться. Если бы не эта способность, условия на Земле стали бы невыносимыми — особенно сейчас, когда парниковые газы все плотнее укутывают атмосферу.
Зеленое море, вызванное цветением фитопланктона в Бангсаене, Таиланд
Океан поглощает более 90% дополнительного тепла, выделяемого при сжигании углеводородов. Без этого эффекта температура на суше уже была бы на 35,5 градуса выше, чем в доиндустриальную эпоху. Для примера: в США средняя летняя температура превысила бы 70 градусов Цельсия — такие значения невозможны для жизни.
Биолюминесцентный планктон в море
Температура океана сейчас самая высокая за всю историю человечества. По данным исследования 2020 года, верхние слои воды (до двух километров глубиной) неуклонно нагреваются. В 2019 году они оказались на 0,075 градуса теплее, чем в среднем за период с 1981 по 2010 год. Кажется, что это немного, но тепло, потребовавшееся для такого нагрева, эквивалентно энергии взрыва 3,6 миллиарда атомных бомб, сброшенных на Хиросиму.
Этот рост температуры — неопровержимое доказательство того, что климатический кризис вызван деятельностью человека. Антропогенные выбросы углеводородов нарушили естественный круговорот углерода, и другого разумного объяснения потепления океана не существует.
С 2000 года температура океана отслеживается флотилией роботизированных буев «Арго». Научные институты по всему миру отправили в плавание около четырех тысяч приборов — метровых трубок-поплавков, которые дрейфуют по воле течений в течение четырех-пяти лет, пока не разрядятся их батареи.
Каждый буй запрограммирован на периодическое погружение и стоянку на глубине 1000 метров. Время от времени он опускается на два километра, а затем медленно поднимается, фиксируя соленость, температуру и скорость движения воды. На поверхности данные передаются на базу по спутниковой связи. Сейчас сеть «Арго» охватывает практически весь Мировой океан, а там, где датчиков нет, ученые экстраполируют данные с соседних участков.
Но большинство измерений ограничены верхними двумя километрами — это лишь верхняя часть океанской толщи. Наблюдения с борта кораблей показывают, что тепло проникает гораздо глубже. Почти пятая часть океанского тепла накапливается в полуночной зоне и в бездне. Большая его часть сосредоточена в Южном океане — в глубоководных бассейнах вокруг Антарктиды. Немало тепла хранят глубины к западу от Срединно-Атлантического хребта и Бразильская котловина у атлантического побережья Южной Америки.
По мере усугубления климатического кризиса тепло опускается все глубже, и абиссальные воды нагреваются быстрее. Холодные воды южной части Тихого океана на глубине более 4000 метров в 2010-е годы нагревались в два раза быстрее, чем в 1990-е.
Более теплая вода проникает на глубину вместе с плотностными течениями, направленными вниз. Они — часть глобальной системы циркуляции, которая играет жизненно важную роль в распределении тепла по планете.
Сильнейшее солнечное излучение приходится на экватор — линию, расположенную ближе всего к Солнцу. Если бы океан оставался неподвижным, на экваторе становилось бы все жарче, а в полярных регионах — все холоднее. На деле большая часть экваториального тепла поглощается поверхностными водами, которые постоянно движутся, перенося тепло к северу и югу.
Движущая сила этой циркуляции, известной как глобальный океанский конвейер, — ветры, гоняющие волны, и погружение холодных соленых вод. В Арктике при образовании морского льда окружающая вода становится более соленой: из кристаллов льда выдавливается соль. Такая вода охлаждается, отдавая тепло полярной атмосфере, становится плотнее и опускается на тысячи метров. Так начинается медленное абиссальное течение, петляющее вокруг планеты. Молекуле воды требуется в среднем тысяча лет, чтобы совершить полный цикл.
Подводное течение стелется по глубокому дну, огибает Гренландию и попадает в море Лабрадор, где к нему добавляются еще более холодные и плотные воды. Затем поток движется на юг через Атлантику, вплоть до Антарктиды. Там к нему присоединяются антарктические придонные воды — самые плотные и холодные в океане. Их температура может опускаться до минус 1,11 градуса Цельсия, но высокое содержание соли не дает им замерзнуть. Этот поток поступает в абиссальные глубины каждого крупного океанического бассейна.
Часть глобального конвейера вливается в Атлантику и западную часть Индийского океана, другая огибает Антарктиду южнее Новой Зеландии и направляется в Тихий океан. В конце концов все притоки подходят к экватору, нагреваются, поднимаются и начинают новое путешествие: через Юго-Восточную Азию и Индийский океан, затем на север — через Атлантику.
В финале они попадают в Гольфстрим, который движется от Карибского моря вдоль восточного побережья Северной Америки. Этот поток теплой воды отдает тепло в атмосферу, обеспечивая относительно мягкий климат Западной Европы. Именно благодаря Гольфстриму зимы в Португалии теплее, чем в Нью-Йорке, а во Франции теплее, чем в Новой Шотландии.
Глобальный океанский конвейер поддерживается множеством факторов: образованием морского льда, вращением Земли, рельефом дна и перепадами давления, из-за которых плотные воды затягиваются на глубину и заменяются поверхностными. Если бы дно было ровным, а давления сбалансированными, течения остановились бы. Океан словно делает глубокие вдохи: он вдыхает и медленно выдыхает в течение десятилетий и столетий, перемешивая содержимое и распределяя по своему объему тепло, питательные вещества, кислород и углерод.
Однако в последние десятилетия появились тревожные признаки: из-за глобального потепления циркуляция ослабевает. С 1990-х годов придонные воды Антарктиды заметно потеплели, стали менее плотными и более пресными из-за изменений, связанных с морским льдом и таянием ледников. Увеличение притока пресной воды в Северную Атлантику, в том числе из-за таяния ледяных шапок Гренландии, снижает соленость опускающейся воды. В результате с середины XX века перемещение экваториальных вод на север через Атлантику замедлилось на 15%.
Вывод неутешительный: с большой вероятностью в ближайшие сто лет эта часть конвейера приостановится, вызвав заметное похолодание по всей Европе. Атлантическая циркуляция уже ослабевала в конце последнего ледникового периода, когда таяли гигантские ледяные щиты. Но страшнее всего то, что разрушение атлантической системы может стать одним из переломных моментов, который приведет Землю к необратимой климатической катастрофе. То, что происходит с глубинной морской водой, имеет огромное значение — и это не оставляет места для сомнений.
Вдоль многих побережий, особенно на восточных материковых окраинах, ветры вытесняют поверхностные воды в океан, а на их место поднимаются глубинные. Это явление называется апвеллингом. Глубинные воды приносят с собой растворенные питательные вещества на освещенное солнцем мелководье, стимулируя цветение фитопланктона — основы морской пищевой цепи.
Как и наземные растения, фотосинтезирующий планктон лучше всего растет, когда получает достаточно ключевых элементов, которых в переполненных поверхностных морях часто не хватает. Самые плодородные прибрежные экосистемы и самые продуктивные рыбные хозяйства в мире находятся именно в регионах с интенсивным апвеллингом.
Двадцать процентов всех морепродуктов, вылавливаемых в мире, поступает из четырех крупнейших систем апвеллинга: Калифорнийского течения у западного побережья Северной Америки, течения Гумбольдта вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки, а также Канарского и Бенгельского течений у берегов Африки. Все эти системы занимают всего 1% поверхности океана, но именно они поставляют большую часть любимых угощений на столы североамериканцев и европейцев. Тунец из восточной Атлантики, перуанские анчоусы, переработанные в рыбную муку для ферм, где выращивают лосося и креветок, — все они зависят от питательных веществ, поднимающихся из глубин.
Углерод, движущийся в направлении, противоположном апвеллингу, оказывает не менее важное влияние на все живое. Фитопланктон использует солнечную энергию для преобразования углекислого газа в углеводы. Часть этого углерода потребляет зоопланктон, который затем выдыхает его обратно в атмосферу. Но другая часть остается в океане: несъеденный фитопланктон гибнет и опускается в виде морского снега вместе с мертвым зоопланктоном, его фекалиями и другим биологическим мусором.
Морской снег ловят всевозможные существа — от гребневиков до кальмаров-вампиров. Частицы, достигающие бездны, остаются на глубине и передаются дальше по пищевой цепи или падают на дно, пополняя слои богатого органикой ила. Тысячи лет этот глубоководный углерод изгонялся в океанские бездны и оставался там, вдали от атмосферы.
В этом процессе, который ученые называют «биологическим углеродным насосом», тоже происходят изменения. Весеннее цветение фитопланктона в северной части Атлантики, вызванное потеплением, приводит к выбросам углерода, опускающегося на глубину. На абиссальных горах и холмах появляются «снежные наносы», а потоки морского снега устремляются вниз по стенам подводных каньонов.
В 2014 и 2015 годах в Южном океане — регионе, который обычно представляет собой планктонную пустыню, лишенную железа, — было зафиксировано два случая массового цветения фитопланктона. Обычно железо попадает в океан с материковых шельфов и атмосферной пылью, но анализ проб воды показал, что здесь оно поднялось из ближайших глубоководных источников.
Так впервые была продемонстрирована роль гидротермальных процессов в активизации биологического углеродного насоса. Маркером послужил первичный гелий с особым изотопом, который поступает из мантии Земли, подхватывается гидротермальным потоком и выбрасывается наружу. Вместе с вулканическими выбросами на поверхность океана извергается железо, стимулирующее цветение фитопланктона, а образующиеся лавины морского снега пополняют запасы углерода на глубине.
Кашалоты тоже вносят свой вклад в удобрение поверхностных вод, поднимая железо из глубин. Во время пребывания в сумеречной и полуночной зонах их пищеварение останавливается, поэтому киты испражняются только после всплытия на поверхность. Когда они поднимаются, чтобы подышать и опорожнить кишечник, на воду всплывает богатое железом пятно жидких фекалий — идеальное удобрение для фитопланктона.
Каждый год кашалоты в окрестностях Антарктиды приносят из глубин около пятидесяти тонн железа. Это стимулирует цветение фитопланктона, в результате чего из атмосферы ежегодно уходит в океан около 440 000 тонн углерода — больше, чем киты выдыхают в виде углекислого газа. Так что эти гиганты — чистые поглотители углерода. До начала промышленного китобойного промысла антарктические кашалоты удобряли фитопланктон настолько, что ежегодно из атмосферы удалялось более 2 миллионов тонн углерода — эквивалент годовых выбросов целого мегаполиса.
Точно оценить количество углерода, уносимого в глубины морским снегом, чрезвычайно сложно: процесс масштабен, неустойчив и запутан. Разные модели дают от 5 до 16 гигатонн углерода в год. Но помимо «гравитационного» потока, есть еще один, не менее мощный. Каждый день после заката по всему миру из глубин наверх устремляется огромная волна живых существ — зоопланктона, рыбы, криля, кальмаров и желеобразных животных. Они поднимаются, чтобы поохотиться в относительной безопасности, а на восходе возвращаются во мрак, где переваривают пищу и испражняются, высвобождая потребленный наверху углерод. Эти «углеродные насосы» изучены еще не до конца, но они способны связывать не меньше углерода, чем морской снег.
Все более очевидно: океанические экосистемы фундаментально важны для глобального климата. В общей сложности океан поглощает треть выбросов углерода, вырабатываемых человечеством, и этим спасает Землю от катастрофического сценария климатического кризиса в ближайшем будущем. Будущее напрямую зависит от того, что происходит на глубине: незначительные изменения в потоках морского снега могут существенно повлиять на связывание углерода и, следовательно, на уровень углекислого газа в атмосфере.
Эффективность биологического углеродного насоса, как выяснилось, сильно недооценена. В 2020 году исследователи из Океанографического института в Вудс-Хоуле обнаружили, что традиционные климатические модели ошибались, считая максимальной глубиной фотосинтеза 150 метров. Собранные данные по уровню хлорофилла показали, насколько сильно различается глубина проникновения солнечного света по всему миру и в зависимости от сезона.
Учитывая чередование зон солнечного освещения, команда из Вудс-Хоула определила: ежегодно океан поглощает в два раза больше углерода, чем предполагалось ранее. Это доказывает, что биологический насос гораздо мощнее и является ключевым фактором глобального климата. Морская бездна — не просто пустота под ногами человечества, а живой механизм, от которого зависит, сможет ли планета дышать дальше.
Отрывок из книги Хелен Скейлс «Сверкающая бездна. Какие тайны скрывает океан и что угрожает его глубоководным обитателям». М.: Издательство Бомбора (Эксмо), 2024.
