Международная исследовательская группа под руководством ETH Zurich проанализировала измерения и выяснила, что в 2023 году, во время беспрецедентной морской жары, глобальный океан поглотил значительно меньше CO₂, чем ожидалось.
Мировой океан играет важную роль в поглощении углекислого газа (CO₂). До настоящего времени он поглощал около четверти выбросов CO₂, вызванных деятельностью человека, стабилизируя тем самым глобальную климатическую систему.
Без этого поглотителя концентрация CO₂ в атмосфере была бы намного выше, а глобальное потепление уже значительно превысило бы порог в 1,5 градуса. В то же время океан поглощает около 90% дополнительного тепла из атмосферы.
В 2023 году температура поверхности мирового океана резко возросла, превысив рекордные уровни в различных регионах. Тропический Тихий океан был очень тёплым из-за сильного явления Эль-Ниньо, которое меняет течения в этом регионе океана так, что тёплая поверхностная вода накапливается у берегов Южной Америки, а более холодная вода больше не поднимается из более глубоких слоёв. В то же время океан за пределами тропиков также необычайно сильно нагрелся, особенно Северная Атлантика.
«Это внезапное повышение температуры океана до новых рекордных показателей ставит перед климатическими исследованиями сложные задачи, поскольку до сих пор было неясно, как отреагирует морской поглотитель углерода», — говорит Николас Грубер, профессор физики окружающей среды в ETH Zurich.
Международная исследовательская группа впервые на основе измерений CO₂ в океане из глобальной сети наблюдений изучила, как экстремальные температуры, зафиксированные два года назад, повлияли на этот поглотитель. Группу возглавлял биогеохимик ETH Йенс Даниэль Мюллер, который до недавнего времени был постдокторантом в группе Грубера.
В своём исследовании, опубликованном в журнале Nature Climate Change, учёные показали, что в 2023 году глобальный океан поглотил почти 1 миллиард тонн, или примерно на 10% меньше CO₂, чем ожидалось, исходя из предыдущих лет.
Это соответствует примерно половине общих выбросов CO₂ в ЕС или более чем в 20 раз превышает выбросы Швейцарии. «Это не очень хорошие новости, — отмечает Грубер, — но снижение меньше, чем ожидалось».
На самом деле снижение не очень удивило исследователей. Мюллер объясняет это явление на примере из повседневной жизни: «Когда стакан газированной воды нагревается на солнце, растворённый CO₂ выходит в воздух в виде газа». И то же самое происходит в море.
Тот факт, что в рекордно жарком 2023 году глобальный океан поглотил меньше CO₂, в основном связан с высокими температурами поверхности моря во внетропических регионах Северного полушария, особенно в Северной Атлантике. «Высокие температуры снизили растворимость CO₂, что привело к аномальному выделению CO₂ и снижению мощности океанического поглотителя углерода», — поясняет Мюллер.
Однако поглощение или выделение CO₂ океаном зависит не только от температуры. Если учитывать только снижение растворимости CO₂, выделение CO₂ в результате высоких температур в 2023 году должно было быть более чем в 10 раз больше — это привело бы к почти полному коллапсу глобального морского поглотителя углерода.
Однако исследование показывает, что поглотитель уменьшился лишь незначительно. По словам учёных, это связано с физическими и биологическими процессами в океане, которые противодействуют выделению CO₂ и поддерживают силу поглотителя. Эти процессы снижают концентрацию растворённого неорганического углерода (DIC) в поверхностных слоях.
В 2023 году три физических и биологических процесса удерживали DIC на низком уровне в приповерхностных слоях. Во-первых, сам CO₂ выделялся, во-вторых, более стабильная стратификация водяного столба предотвращала подъём богатой CO₂ воды из более глубоких слоёв на поверхность. И в-третьих, биологический насос непрерывно транспортировал органический углерод в глубины океана: биологический насос — это процесс, при котором фотосинтезирующие организмы в освещённых слоях поглощают CO₂ и растут, впоследствии умирают и опускаются на глубину.
Эти три компенсирующие силы — выделение CO₂, стратификация водяного столба и биологический насос — стабилизировали поглотитель углерода. «Следовательно, реакцию океана на экстремальные температуры 2023 года можно понять как результат постоянного перетягивания каната между выделением CO₂, вызванным температурой, и одновременным истощением растворённого CO₂», — утверждает Грубер.
Исследователи объясняют влияние Эль-Ниньо на морской поглотитель углерода аналогичным образом: в годы Эль-Ниньо циркуляция в тропическом Тихом океане ослабевает, препятствуя подъёму холодной, богатой CO₂ воды на поверхность. В результате тропическая восточная часть Тихого океана, которая в обычные годы выделяет очень большие объёмы CO₂ в атмосферу, в годы Эль-Ниньо практически не выделяет CO₂. Следовательно, Эль-Ниньо имеет тенденцию усиливать глобальную поглощающую способность океана — несмотря на сильное потепление.
Так было и в 2023 году. «Однако сильное потепление внетропического океана нейтрализовало эффект Эль-Ниньо в тропической части Тихого океана», — заключает Мюллер. На самом деле выделение CO₂, вызванное температурой, было настолько сильным, особенно в Северной Атлантике, что компенсировало поглощение CO₂ в тропиках. В итоге в 2023 году, году Эль-Ниньо, произошло снижение морского поглотителя углерода.
При проведении исследования учёные сосредоточились на глобальном океане (исключая Северный Ледовитый океан и самые южные части Южного океана). Они опирались на наблюдения CO₂ с исследовательских судов, грузовых кораблей и измерительных буёв в сочетании со спутниковыми данными и машинным обучением для создания глобальных карт уровня CO₂ на поверхности. Это позволило им рассчитать потоки CO₂ между водой и воздухом на поверхности моря.
Исследование является одним из первых, в котором фактические наблюдения положены в основу понимания поведения нагревающегося океана. «Однако пока мы не можем с уверенностью сказать, как будет развиваться этот важный поглотитель углерода в будущем», — отмечает Мюллер.
Ясно одно: после рекордно высоких температур 2023 года мировой океан практически не охладился, а Земля продолжает нагреваться. Волны жары становятся всё чаще и интенсивнее. «Однако пока неясно, сохранят ли компенсационные механизмы свою эффективность в долгосрочной перспективе и ограничат ли выделение CO₂, вызванное температурой», — отмечает Грубер.
Учёные признают, что в будущем морской поглотитель углерода может поглощать меньше CO₂. «Пока же глобальный океан всё ещё поглощает много CO₂ — к счастью», — утверждает Грубер.
Предоставлено: ETH Zurich.