Биологический насос океана: вихри оказались не главными в борьбе с углеродом
Биологический углеродный насос перемещает углерод из приповерхностных слоёв океана в более глубокие области, поддерживая способность верхних слоёв океана поглощать углерод из атмосферы. Одним из компонентов этой системы являются вихри — относительно небольшие круговые течения, возникающие из-за физической нестабильности в толще воды. Предыдущие оценки позволяли предположить, что вихревой субдукционный (погружающий) насос может играть большую роль в перемещении углерода вглубь океана, однако отсутствие глобального синтеза данных оставляло этот вопрос открытым.
Используя данные всемирной сети дистанционных датчиков, Койтген Де Греф и его коллеги зафиксировали работу вихревого субдукционного насоса в глобальном масштабе. Их анализ показывает, что этот насос переносит менее 5% всего органического углерода, транспортируемого биологическим углеродным насосом, а значит, его вклад в понимание океанических потоков углерода является второстепенным.
Авторы использовали данные за 2010–2024 годы с 941 дрейфующего по всему миру зонда Argo. Они обнаружили 1333 события вихревой субдукции ниже 200 метров. Просуммировав вклад тех из них, которые были идентифицированы как события субдукции углерода, они оценили, что вихревой субдукционный насос выводит из поверхности океана 0,05 петаграмма (~50 миллионов метрических тонн) углерода в год. Горячие точки субдукции углерода существуют в средних и высоких широтах Южного океана и субполярной Северной Атлантике, где также наблюдается выраженный сезонный пик весной. Авторы также отметили корреляцию между кинетической энергией вихрей и физическими событиями субдукции (когда поверхностные воды погружаются ниже перемешанного слоя), что даёт представление о механизмах, управляющих работой вихревого субдукционного насоса.
Исследование имеет некоторые ограничения, включая разреженность данных в таких регионах океана, как большая часть Тихого океана, южная часть Атлантики и южная часть Индийского океана, что может приводить к занижению вклада этих регионов. Зонды Argo измеряют уровни твердых углеродных частиц, но не способны эффективно измерять растворённый органический углерод, а значит, часть выводимого углерода остаётся незафиксированной. Однако, учитывая минимальный вклад вихревого субдукционного насоса, эти факторы могут несущественно изменить оценки общей биологической субдукции углерода, предполагают авторы.
Эти результаты заставляют по-новому взглянуть на роль вихревых процессов в глобальном углеродном цикле. Ранее считалось, что вихри могут быть эффективным механизмом «закачки» углерода на глубину, особенно в регионах с высокой турбулентностью. Однако новое исследование показывает, что их вклад скромен по сравнению с другими процессами — например, с гравитационным оседанием мёртвого планктона (детрита) или миграцией зоопланктона, который ежедневно опускается на глубину и поднимается обратно.
Тем не менее, авторы подчёркивают, что даже второстепенный механизм может оказаться важным в локальном масштабе или в определённые сезоны. Обнаруженная весенняя активность в высоких широтах совпадает с периодом цветения фитопланктона, когда биомасса достигает максимума. Возможно, именно тогда вихри эффективно «запечатывают» свежесинтезированное органическое вещество в глубинных слоях, не давая ему разложиться и вернуться в атмосферу в виде углекислого газа.
Следующим шагом, по словам исследователей, должно стать интеграция данных о вихревой субдукции в существующие глобальные климатические модели. Даже небольшое уточнение в 0,05 петаграмма в год — а это сопоставимо с годовыми выбросами такой страны, как, например, Португалия, — имеет значение для точных прогнозов будущего климата. Кроме того, развитие сети датчиков и появление нового поколения зондов, способных измерять растворённую органику, позволит уточнить эти оценки. Уже сейчас ясно одно: океанский биологический насос — это сложный многокомпонентный механизм, и понимание роли каждой его «шестерёнки» необходимо для того, чтобы предсказать, как Земля будет справляться с антропогенными выбросами углерода в ближайшие десятилетия.
