Новое исследование представляет собой беспрецедентный анализ потери кислорода на коралловых рифах по всему миру в условиях потепления океана. Под руководством исследователей из Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего и большой группы национальных и международных коллег, исследование фиксирует текущее состояние гипоксии - низкого уровня кислорода - на 32 различных объектах, и показывает, что гипоксия уже широко распространена на многих рифах.

Общее снижение содержания кислорода в Мировом океане и прибрежных водах - процесс, известный как дезоксигенация океана - хорошо документирован, но гипоксия на коралловых рифах изучена относительно недостаточно. По прогнозам, потеря кислорода в океане угрожает морским экосистемам во всем мире, хотя для лучшего понимания биологического воздействия на тропические кораллы и коралловые рифы необходимы дополнительные исследования.

Исследование, опубликованное 16 марта в журнале Nature Climate Change, является первым документированием состояния кислорода в экосистемах коралловых рифов в таком масштабе.

"Это исследование уникально, потому что наша лаборатория работала с рядом коллабораторов над составлением глобального набора данных по кислороду, в частности, по коралловым рифам - никто до этого не делал этого в глобальном масштабе с таким количеством наборов данных", - сказал морской ученый Ариэль Пезнер, который сейчас является постдокторантом на Смитсоновской морской станции во Флориде. "Мы были удивлены, обнаружив, что многие коралловые рифы уже испытывают то, что мы сегодня определили бы как гипоксию в нынешних условиях".

Авторы обнаружили, что низкий уровень кислорода в некоторых местах обитания рифов наблюдается уже сейчас, и ожидается, что ситуация ухудшится, если температура океана продолжит прогреваться из-за изменения климата. Они также использовали модели четырех различных сценариев изменения климата, чтобы показать, что прогнозируемое потепление океана и деоксигенация существенно увеличат продолжительность, интенсивность и тяжесть гипоксии на коралловых рифах к 2100 году.

Анализ был проведен под руководством Пезнер, когда она была аспирантом в Скриппсовской океанографической лаборатории, где она работала в лаборатории Scripps Coastal and Open Ocean BiogeochemistrY Research (SCOOBY) вместе с биогеохимиком Андреасом Андерссоном.

Пезнер и ее коллеги использовали данные автономных датчиков для изучения изменчивости кислорода и воздействия гипоксии на 32 разнообразных рифовых участках в 12 точках в водах у берегов Японии, Гавайев, Панамы, Пальмиры, Тайваня и в других местах. Многие наборы данных были собраны с помощью датчиков SeapHOx - приборов, первоначально разработанных в лаборатории исследователя океанографии Скриппса Тодда Мартца. Эти и другие автономные датчики были установлены в различных местах обитания коралловых рифов, где они измеряли температуру, соленость, pH и уровень кислорода каждые 30 минут.

Лаборатория SCOOBY и партнеры собрали большую часть данных, чтобы охарактеризовать химический состав морской воды и метаболизм рифов в различных средах обитания коралловых рифов. Международные партнеры сыграли важную роль в обеспечении логистики исследований и доступа ко многим местам проведения исследований. Некоторые участники также поделились данными своих собственных исследований. В океанографическом центре Скриппса значительный вклад в исследование внесли лаборатория Мартца, лаборатория Смита и лаборатория Тресгерреса.

Исторически гипоксия определялась очень конкретным пределом концентрации кислорода в воде - менее двух миллиграммов кислорода на литр - порог, который был определен в 1950-х годах. Исследователи отмечают, что один универсальный порог может быть неприменим для всех сред, всех рифов или всех экосистем, поэтому они изучили возможность использования четырех различных порогов гипоксии: слабой (5 мг/л), умеренной (4 мг/л), умеренной (3 мг/л) и сильной гипоксии (2 мг/л).

Основываясь на этих пороговых значениях, они обнаружили, что более 84 процентов рифов в данном исследовании испытывали гипоксию от "слабой до умеренной", а 13 процентов - "сильную" гипоксию в определенный момент в течение периода сбора данных.

Как и ожидали исследователи, уровень кислорода был самым низким ранним утром во всех местах и самым высоким в середине дня в результате ночного дыхания и дневного фотосинтеза, соответственно. Днем, когда первичные производители на рифе имеют солнечный свет, они фотосинтезируют и производят кислород, говорит Пезнер. Но ночью, когда нет солнечного света, кислород не вырабатывается, и все на рифе дышит - вдыхает кислород и выдыхает углекислый газ, в результате чего кислородная среда становится менее насыщенной, а иногда возникает гипоксия.

Это нормальный процесс, говорит Андерссон, старший автор исследования, но при повышении температуры океана морская вода может удерживать меньше кислорода, в то время как биологическая потребность в кислороде возрастает, усугубляя ночную гипоксию.

"Представьте себе, что вы человек, привыкший к условиям на уровне моря, а потом каждую ночь вам приходится ложиться спать где-нибудь в Скалистых горах, где в воздухе меньше кислорода. Это похоже на то, что испытывают эти кораллы ночью и ранним утром, когда они испытывают гипоксию", - сказал Андерссон. "И в будущем, если продолжительность и интенсивность этих гипоксических явлений станет хуже, то это может быть похоже на сон на Эвересте".