Международная группа исследователей забила тревогу по поводу изменения химического состава западной части Северного Ледовитого океана после того, как обнаружила, что уровень кислотности увеличивается в три-четыре раза быстрее, чем в других частях океана.

Команда, в которую входит эксперт по морской химии Университета Делавэра Вэй-Цзюнь Цай, также выявила сильную корреляцию между ускоренными темпами таяния льда в регионе и скоростью подкисления океана, опасной комбинацией, которая угрожает выживанию растений, моллюсков, коралловых рифов и других морских обитателей и биологических процессов во всем мире. экосистема планеты.

Новое исследование, опубликованное в четверг, 30 сентября, в журнале Science, является первым анализом подкисления Арктики, который включает данные за более чем два десятилетия, охватывающие период с 1994 по 2020 год.

Ученые предсказали, что к 2050 году — если не раньше — арктический морской лед в этом регионе больше не выдержит все более теплых летних сезонов. В результате этого отступления морского льда каждое лето химический состав океана будет становиться все более кислым, и не будет постоянного ледяного покрова, который мог бы замедлить или иным образом смягчить наступление.

Это создает опасные для жизни проблемы для чрезвычайно разнообразной популяции морских существ, растений и других живых существ, выживание которых зависит от здорового океана. Крабы, например, живут в покрытом коркой панцире, построенном из карбоната кальция, преобладающего в океанской воде. Белые медведи питаются здоровыми популяциями рыб, рыбы и морские птицы питаются планктоном и растениями, а морепродукты являются ключевым элементом рациона многих людей.

Это делает подкисление этих отдаленных вод большой проблемой для многих жителей планеты.

Во-первых, краткий курс повышения квалификации по уровням рН, которые указывают, насколько кислой или щелочной является данная жидкость. Любая жидкость, содержащая воду, может характеризоваться уровнем рН, который колеблется от 0 до 14, при этом чистая вода считается нейтральной с рН 7. Все уровни ниже 7 являются кислотными, все уровни выше 7 являются основными или щелочными, причем каждая полная стадия представляет десятикратную разницу в концентрации ионов водорода. Примеры кислой стороны включают аккумуляторную кислоту, которая проверяется при 0 pH, желудочную кислоту (1), черный кофе (5) и молоко (6,5). К основным относятся кровь (7,4), пищевая сода (9,5), нашатырный спирт (11) и средство для очистки сточных вод (14). Морская вода обычно щелочная, со значением рН около 8,1.

Кай, профессор Мэри А.С. Лайтхайп в Школе морских наук и политики Колледжа Земли, океана и окружающей среды Калифорнийского университета, опубликовала значительное исследование об изменении химического состава океанов планеты и в этом месяце завершила круиз из Новой Шотландии во Флориду, выступая в качестве главного научного сотрудника среди 27 человек на борту исследовательское судно. Работа включает в себя четыре области исследования: Восточное побережье, Мексиканский залив, Тихоокеанское побережье и Аляска/Арктический регион.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, участвовал постдокторант университета Южной Кореи Чжансянь Оуян, который участвовал в недавнем путешествии для сбора данных в Чукотском море и бассейне Канады в Северном Ледовитом океане.

Первым автором публикации был Ди Ци, который работает с китайскими исследовательскими институтами в Сямыне и Циндао. Над этой публикацией также сотрудничали ученые из Сиэтла, Швеции, России и шести других китайских исследовательских центров.

"Ты не можешь просто пойти один", - сказал Цай. "Это международное сотрудничество очень важно для сбора долгосрочных данных на большой территории в отдаленном океане. В последние годы мы также сотрудничали с японскими учеными, поскольку за последние три года доступ к арктической воде стал еще труднее из-за COVID-19. И у нас всегда участвуют европейские ученые".

Цай сказал, что он и Ци оба были сбиты с толку, когда они впервые вместе рассмотрели арктические данные во время конференции в Шанхае. Кислотность воды повышалась в три-четыре раза быстрее, чем в океанских водах в других местах.

Это было действительно ошеломляюще. Но почему это происходило?

Цай вскоре определил главного подозреваемого: усиленное таяние морского льда во время летнего сезона в Арктике.

Исторически сложилось так, что морской лед Арктики таял в неглубоких окраинных районах в течение летних сезонов. Это начало меняться в 1980-х годах, сказал Цай, но периодически усиливалось и ослабевало. За последние 15 лет таяние льдов ускорилось, продвигаясь в глубокий бассейн на севере.

Некоторое время ученые думали, что тающий лед может обеспечить многообещающий "поглотитель углерода", где углекислый газ из атмосферы будет всасываться в холодные, жадные до углерода воды, которые были скрыты подо льдом. Что холодная вода будет содержать больше углекислого газа, чем более теплые воды, и может помочь компенсировать последствия увеличения содержания углекислого газа в других частях атмосферы.

Когда Цай впервые изучил Северный Ледовитый океан в 2008 году, он увидел, что лед растаял за пределами Чукотского моря в северо—западной части региона, вплоть до Канадского бассейна - далеко за пределами его типичного ареала. Он и его сотрудники обнаружили, что свежая талая вода не смешивалась с более глубокими водами, что разбавило бы углекислый газ. Вместо этого поверхностные воды поглощали углекислый газ до тех пор, пока он не достиг примерно того же уровня, что и в атмосфере, а затем перестали его накапливать. Они сообщили об этом результате в статье в журнале Science в 2010 году.

Они знали, что это также изменило бы уровень рН арктических вод, снизив уровень щелочности морской воды и снизив ее способность противостоять подкислению. Но сколько? И как скоро? Им потребовалось еще десять лет, чтобы собрать достаточно данных, чтобы сделать обоснованный вывод о долгосрочной тенденции подкисления.

Анализируя данные, собранные с 1994 по 2020 год — впервые такая долгосрочная перспектива стала возможной - Цай, Ци и их коллеги обнаружили необычайное увеличение подкисления и сильную корреляцию с увеличением скорости таяния льда.

Они указывают на таяние морского льда как на ключевой механизм, объясняющий это быстрое снижение рН, поскольку оно изменяет физику и химию поверхностных вод тремя основными способами:

    Вода под морским льдом, в которой был дефицит углекислого газа, теперь подвергается воздействию атмосферного углекислого газа и может свободно поглощать углекислый газ.
    Морская вода, смешанная с талой, является легкой и не может легко смешиваться с более глубокими водами, что означает, что углекислый газ, взятый из атмосферы, концентрируется на поверхности.
    Талая вода разбавляет концентрацию карбонат-ионов в морской воде, ослабляя ее способность нейтрализовать углекислый газ в бикарбонат и быстро снижая рН океана.

Цай сказал, что необходимы дополнительные исследования для дальнейшего совершенствования вышеупомянутого механизма и лучшего прогнозирования будущих изменений, но данные на данный момент снова показывают далеко идущие волновые эффекты изменения климата.

"Если весь многолетний лед будет заменен льдом первого года, то щелочность и буферная емкость будут ниже, а подкисление продолжится", - сказал он. "Мы думаем, что к 2050 году весь лед исчезнет летом. Некоторые документы предсказывают, что это произойдет к 2030 году. И если мы будем следовать нынешней тенденции еще 20 лет, летнее подкисление будет очень, очень сильным".

Никто точно не знает, что это сделает с существами, растениями и другими живыми существами, которые зависят от здоровых океанских вод.

"Как это повлияет на тамошнюю биологию?" - спросил Цай. "Вот почему это важно".