Что таит морская бездна? Захватывающие открытия ученых со всего мира

Стоит только перестать думать о ней, и морская бездна исчезнет из вашего сознания быстрее и гораздо проще, чем другое великое и далекое пространство — космос. В бездне нет ночных звезд, которые напоминали бы нам о ее существовании, нет лунного света. И все же ее влияние огромно, без нашего ведома в ней творятся жизненно важные вещи. Проще говоря, то, что происходит в морских глубинах, делает нашу планету пригодной для жизни.

Благодаря своему колоссальному объему и непрекращающемуся движению, а также превосходным теплопоглощающим свойствам воды⁶⁰ океан уравновешивает взаимодействие Земли с Солнцем.

Если бы не обилие воды, вбирающей тепло, солнечное излучение вскоре сделало бы условия на Земле невыносимо жаркими, особенно сейчас, когда в атмосфере образуется все более толстый слой парниковых газов. Океан поглощает также более 90 % дополнительного тепла, выделяемого при использовании человеком углеводородов. Без всей массы океанской воды температура на суше была бы уже на 35,5 градусов выше, чем в доиндустриальную эпоху, а на всей территории США средняя летняя температура превысила бы 70 градусов Цельсия.

Температура океана сейчас самая высокая за всю историю человечества. В некоторых регионах потепление идет быстрее, и, по данным исследования 2020 года, средняя глобальная температура поверхностных вод (глубиной до двух километров) по всему океану в целом неуклонно повышается.

В 2019 году верхний океанический слой оказался на 0,075 градуса по Цельсию теплее, чем в среднем в период с 1981 по 2010 год. Для сведения тех, кому эти изменения кажутся незначительными, поясню, что тепло, необходимое для такого повышения температуры верхнего слоя океана, эквивалентно теплу от взрыва 3,6 миллиарда атомных бомб, сброшенных на Хиросиму.

Такой рост температуры неопровержимо доказывает, что климатический кризис вызван антропогенным влиянием на процесс круговорота углерода — то есть выбросами углеводородов в атмосферу. Другого разумного объяснения потепления океана не существует.

С 2000 года температура океана отслеживается флотилией роботизированных приборов — буями-измерителями «Арго». Научно-исследовательские институты со всего мира отправили в путешествие по океанским просторам около четырех тысяч таких приборов, представляющих собой трубки-поплавки длиной около метра. Они дрейфуют в течение четырех или пяти лет, пока не заканчивается заряд батарей.

Каждый такой прибор запрограммирован на периодическое погружение и стоянку на глубине 1000 метров. Время от времени глубина удваивается, а затем буй постепенно поднимается наверх с данными о солености воды, температуре и скорости ее движения. На поверхности буи-измерители «Арго» передают собранные данные на базу по спутниковой связи. В настоящее время этими автономными датчиками охвачен практически весь Мировой океан, а на те участки, где их нет, экстраполируются данные соседних.

И все же большинство измерений ограничены двумя километрами глубины, а это только верхний океанский слой.

По данным наблюдений, проведенных на борту корабля, тепло из атмосферы проникает гораздо глубже. Почти пятая часть океанского тепла накапливается ниже — в полуночной зоне и дальше, в бездне. Большая его часть находится в Южном океане, в глубоководных бассейнах вокруг Антарктиды; немало тепла хранят глубины к западу от Срединно-Атлантического хребта и у атлантического побережья Южной Америки, в Бразильской котловине.

Более теплая вода проникает на глубину с плотностными (градиентными), направленными вниз течениями, которые являются частью планетарной системы циркуляции, играющей еще одну жизненно важную роль в улучшении климата и обеспечении жизни на Земле.

Сильнейшее солнечное излучение приходится на экватор — среднюю линию планеты, 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 находятся в постоянном движении, направляя таким образом тепло в северные и южные части планеты.

Движущей силой этой циркуляции, известной как глобальный океанский конвейер, служат ветра, гоняющие волны по поверхности моря, и погружение на глубину холодных соленых вод.

В Арктике при образовании морского льда окружающая вода становится более соленой, поскольку из кристаллов льда выдавливается большая часть соли. Более соленая морская вода охлаждается, отдавая свое тепло полярной атмосфере, и образующаяся в результате этого плотная вода опускается на тысячи футов. Так начинается медленное абиссальное течение, петляющее вокруг планеты⁶¹.

Это подводное течение стелется по глубокому дну, огибает Гренландию и попадает в море Лабрадор, где к нему добавляются еще более холодные и плотные воды, а затем движется прямо на юг через середину Атлантики, вплоть до Антарктиды. Там глубинное течение подпитывается еще одним жизненно важным подводным притоком — антарктическими придонными водами, самыми плотными и холодными в океане, после чего этот поток поступает в абиссальные глубины каждого крупного океанического бассейна⁶².

Часть потока глобального океанского конвейера вливается в Атлантику и западную часть Индийского океана; другая часть огибает Антарктиду южнее Новой Зеландии и направляется на север, в Тихий океан. В конце концов все притоки подходят к экватору, там они нагреваются и поднимаются, прежде чем начать спиральное движение по следующему маршруту: на запад — через Юго-Восточную Азию и Индийский океан, затем на север — через Атлантику.

В конечном счете они попадают в Гольфстрим, который движется от Карибского моря вдоль восточного побережья Северной Америки. Попутно этот поток теплой воды отдает тепло в атмосферу, что способствует относительно мягкому климату Западной Европы. Именно благодаря Гольфстриму зимы в Португалии теплее, чем в Нью-Йорке, а во Франции теплее, чем в Новой Шотландии.

Многие важнейшие факторы поддерживают глобальный океанский конвейер в рабочем состоянии, в том числе образование морского льда и вращение Земли, вследствие которого течения движутся по-разному в Северном и Южном полушариях. Но, если бы рельеф океанского дна был везде одинаковым и не было перепадов давления и, соответственно, циркуляции — затягивания плотных вод на большие глубины и их замены поверхностными водами, глобальные течения остановились бы.

При нынешнем положении вещей океан словно делает глубокие вдохи: он вдыхает и медленно выдыхает в течение десятилетий и столетий, перемешивая свое содержимое и одновременно не только регулируя температуру, но и распределяя питательные вещества, кислород и углерод по всему своему объему.

Однако в последние десятилетия появились признаки, указывающие на то, что из-за глобального потепления циркуляция вод начала ослабевать. С 1990-х годов придонные воды Антарктиды заметно потеплели, они становятся все менее плотными и более пресными из-за целого комплекса изменений, связанных с морским льдом и ледниками, отколовшимися от континентального шельфа.

Увеличение притока пресной воды в Северную Атлантику, в том числе из-за таяния ледяных шапок Гренландии, снижает соленость воды, опускающейся на глубину, делая ее менее плотной и ослабляя действие этой важнейшей части глобального океанского конвейера. Вследствие этого с середины XX века перемещение экваториальных вод на север через Атлантику замедлилось на 15 %.

Вывод неутешительный: есть большая вероятность того, что в ближайшие сто лет эта часть конвейера приостановится, что вызовет заметное похолодание по всей Европе. Атлантическая циркуляция значительно ослабевала и раньше, в конце последнего ледникового периода, когда таяли огромные континентальные ледяные щиты, поэтому не исключено, что это случится снова.

Но самые большие опасения вызывает то, что разрушение атлантической системы циркуляции станет одним из переломных моментов, который может привести Землю к необратимой климатической катастрофе. Все это не оставляет места для сомнений: то, что происходит с глубинной морской водой, имеет огромное значение.

***

Вдоль многих побережий, особенно на восточных материковых окраинах, ветра вытесняют поверхностные воды дальше от берега, в океан, а на их место поднимаются глубинные воды. Эти воды приносят с собой растворенные питательные вещества на освещенное солнцем мелководье, стимулируя таким образом цветение фитопланктона, снабжающего экосистему пищей.

Подобно наземным растениям, фотосинтезирующий планктон растет лучше всего, когда имеет в достатке ключевые элементы и соединения, которых в переполненных поверхностных морях может не хватать. Самые плодородные прибрежные экосистемы и самые производительные рыбные хозяйства в мире находятся в регионах с интенсивным апвеллингом⁶³.

Двадцать процентов всех вылавливаемых в мире морепродуктов поступает из четырех крупнейших систем апвеллинга: Калифорнийского течения у западной части Северной Америки, течения Гумбольта вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки, Канарского и Бенгельского течений у Западной и Юго-Западной Африки.

Все эти системы вместе занимают всего 1 % поверхности океана, но они поставляют большую часть любимых морепродуктов на столы североамериканцев и европейцев. Тунец, выловленный в восточной Атлантике у берегов Африки и упакованный в банки, перуанские анчоусы, перемолотые в рыбную муку и скормленные лососям и креветкам на рыбных фермах, — все они питаются веществами, доставляемыми из глубин.

Углерод, движущийся в направлении, противоположном апвеллингу, в свою очередь, оказывает воздействие на все живое. Фитопланктон использует солнечную энергию для преобразования углекислого газа в углеводы. Часть углерода этих органических молекул потребляет зоопланктон, который затем выдыхает его в атмосферу в виде углекислого газа.

Но другая часть углерода остается в океане: несъеденный фитопланктон погибает и опускается в виде морского снега вместе с мертвым зоопланктоном, его фекалиями, покинутыми домиками личинок и другим биологическим мусором.

Морской снег ловят всевозможные его потребители — от наркомедуз до кальмаров-вампиров, а частицы, достигающие бездны, остаются на глубине и передаются дальше по пищевой цепи или же падают на дно, пополняя слои богатого органикой ила. Тысячи лет этот глубоководный углерод изгонялся в океанские бездны, где и оставался вдали от атмосферы.

В образовании морского снега, который в научных кругах называют «биологическим углеродным насосом», тоже происходят изменения. Весеннее цветение фитопланктона в северной части Атлантики, вызванное потеплением океана, приводит к огромным выбросам углерода, опускающегося на глубину. На абиссальных горах и холмах появляются «снежные наносы», потоки морского снега устремляются вниз по стенам подводных каньонов.

В 2014 и 2015 годах в Южном океане, отдаленном регионе, который обычно представляет собой планктонную пустыню, лишенную жизненно важного питательного вещества — железа, было зафиксировано два случая массового цветения фитопланктона.

Типичными источниками железа для океанов считаются материковые шельфы и атмосферная пыль, сдуваемая с суши. Однако анализ проб воды показал, что железо поднялось из ближайших глубоководных источников. Таким образом впервые была продемонстрирована роль гидротермальных процессов в активизации биологического углеродного насоса⁶⁴.

С вулканическими выбросами из мантии Земли на поверхность океана извергается железо, стимулирующее цветение фитопланктона, а образующиеся впоследствии лавины морского снега пополняют запасы углерода на глубине.

Кашалоты тоже удабривают поверхностные воды, поднимая железо из глубин. Во время пребывания в сумеречной и полуночной зонах все вспомогательные функции их организмов отключаются, пищеварение останавливается, поэтому киты испражняются только после всплытия на поверхность.

Когда же 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, способствующего его цветению.

В результате из атмосферы ежегодно уходит в океан около 440 000 тонн углерода, что компенсирует выдыхаемый китами углекислый газ. Это делает китов чистыми поглотителями углерода, хотя теперь в гораздо меньших масштабах, чем раньше.

Точная оценка количества углерода, уносимого в глубины океана морским снегом, является колоссальной задачей, учитывая масштабы, неустойчивость процесса и его сложность. Оценки варьируются примерно от 5 до 16 гигатонн углерода в год. Но помимо углерода в частицах морского снега, опускающихся под действием силы тяжести, еще больше этого элемента активно втягивается в глубокие воды в результате ежедневной массовой миграции к поверхности и обратно.

Каждый день после заката солнца по всему миру из глубин наверх устремляется огромная волна из мириад живых существ — зоопланктона, рыбы, криля, кальмаров и желеобразных животных, которые поднимаются, чтобы поохотиться в относительной безопасности. На восходе они возвращаются во мрак глубин, где переваривают пищу и испражняются, высвобождая потребленный наверху углерод. Мощь этих «углеродных насосов» изучена пока не до конца, но они способны связывать не меньше углерода, чем частицы морского снега, опускающиеся под действием гравитации.

Все более очевидным становится тот факт, что океанические экосистемы имеют основополагающее значение для глобального климата. В общей сложности океан поглощает треть выбросов углерода, вырабатываемого человечеством, и это спасает Землю от катастрофической версии климатического кризиса в ближайшем будущем.

То, что нас ждет, непосредственным образом зависит от того, что происходит на глубине. Незначительные изменения в потоках морского снега могут существенно повлиять на связывание углерода в океане и, следовательно, на уровень углекислого газа в атмосфере. Влияние углеродного биологического насоса до конца не изучено.

В 2020 году исследователи из Океанографического института в Вудс-Хоуле выяснили, что его эффективность сильно недооценена. Согласно традиционным климатическим моделям, считалось, что максимальный уровень глубины, на котором еще может происходить фотосинтез, составляет 150 метров.

Однако множество собранных данных по замерам уровня содержания хлорофилла, определяющих, где на самом деле растет фитопланктон, продемонстрировали, насколько сильно различается глубина проникновения солнечного света по всему земному шару и в зависимости от времени года.

Принимая во внимание чередование зон солнечного освещения, команда из Вудс-Хоула определила, что ежегодно океан поглощает в два раза больше углерода, чем предполагалось. Это доказывает, что так называемый биологический насос оказался гораздо мощнее и является важнейшим фактором глобального климата.

_{Отрывок из книги Хелен Скейлс «Сверкающая бездна. Какие тайны скрывает океан и что угрожает его глубоководным обитателям». М.: Издательство Бомбора (Эксмо), 2024.}