На удалённом коралловом рифе у берегов Папуа-Новой Гвинеи из трещин морского дна на мелководье поднимаются бесконечные потоки пузырьков, питаемые подземной вулканической системой. Для учёных это природное явление стало своего рода хрустальным шаром, открывающим, как наши меняющиеся океаны будут формировать морскую жизнь в них.
Группа исследователей под руководством Австралийского института морских наук (AIMS) обнаружила, что эти вулканические пузырьки, состоящие почти из чистого углекислого газа (CO2), создают своего рода локализованные изменения в окружающей среде из-за повышенного подкисления воды.
Поднимаясь, газ образует видимые потоки пузырьков, которые растворяются в окружающей морской воде и изменяют её химический состав. Поскольку это происходит вблизи коралловых рифов в заливе Милн в Папуа-Новой Гвинее, учёные могут наблюдать, как повышенное содержание CO2 в воде влияет на океаническую жизнь, подвергающуюся его воздействию. По сути, это живая, природная модель, которую невозможно воспроизвести в лабораторных условиях.
Ученые обнаружили, что в районах с высокой концентрацией CO2 хорошо себя чувствуют только некоторые кораллы. Катарина Фабрициус/Австралийский институт морских наук
«Эти уникальные природные лаборатории подобны машине времени», — сказала старший автор исследования, доктор Катарина Фабрициус, специалист по экологии кораллов в AIMS. «Просачивание CO2 позволило нам изучить пределы толерантности рифов и сделать прогнозы. Как коралловые рифы справятся с этим, если выбросы будут соответствовать целям Парижского соглашения? И что произойдёт, если этого не произойдёт?»
Фабрициус впервые столкнулась с вулканическими пузырьками, струящимися сквозь коралловые сады, в 2000 году, когда проводила исследование биоразнообразия. Много лет спустя она вернулась с группой учёных, чтобы проанализировать газ, который затем был идентифицирован как практически чистый CO2. Это положило начало десятилетию исследований, изучающих, как тропические морские экосистемы адаптируются – или не адаптируются – к всё более кислой среде.
Они установили 37 станций вдоль этого градиента — от участков без пузырьков, отражающих современную химию океана, до участков с бурным бурлением, имитирующих условия, которые ожидаются к концу этого столетия. Ценность этого места заключается в том, что здесь ничего не меняется — температура, течения, свет и солёность остаются неизменными, — что позволяет исследователям изучать влияние закисления как такового.
Прибор, используемый в районе вулканических просачиваний для измерения pH. Катарина Фабрициус/Австралийский институт морских наук
На каждой станции они измеряли, насколько благоприятна вода для образования карбоната кальция – материала, который кораллы и некоторые водоросли используют для построения своих скелетов. Они также фотографировали морское дно, подсчитывали количество молодых кораллов, оценивали структуру среды обитания и собирали водоросли для взвешивания и идентификации. Всё это позволило им составить непрерывную картину того, как меняется жизнь на рифе по мере того, как вода становится менее благоприятной для формирования и поддержания скелетов.
То, что они обнаружили, оказалось не тем, что предсказывают некоторые – внезапным переломным моментом, когда жизнь прекращается после достижения определённой концентрации CO2 в воде. Вместо этого они наблюдали устойчивое, прогрессирующее изменение кораллового сообщества рифа, причём изменения были очевидны даже при незначительном повышении уровня CO2 в окружающей воде.
Первые признаки изменений проявились лишь в виде небольшого снижения pH, в пределах диапазона, уже зафиксированного на многих рифах по всему миру. Разнообразие как взрослых, так и молодых твёрдых кораллов быстро сократилось, и наиболее уязвимые виды – ветвистые и пластинчатые кораллы, которые в основном служат укрытием для рыб и беспозвоночных – пострадали сильнее всего. Они начали исчезать уже после небольшого снижения pH и практически полностью отсутствовали в зонах с наиболее высоким уровнем закисления.
Между тем, одна группа кораллов – крупные, округлые, каменистые виды Porites – продемонстрировала удивительную устойчивость, но это, в свою очередь, маскировало фактическое сокращение кораллового покрова, создавая ложное впечатление, что сообщество держится лучше, чем оно было на самом деле. Когда учёные исключили эти кораллы из исследования, картина стала мрачной.
«Эти рифы Папуа-Новой Гвинеи говорят нам, что с каждым повышением уровня CO2 мы будем видеть меньше кораллов и больше мясистых водорослей», — сказал первый автор исследования, доктор Сэм Нунан из AIMS. «Важно также то, что мы обнаружили гораздо меньше молодых кораллов, а это значит, что рифы не смогут быстро расти и восстанавливаться. Это имеет последствия для всех видов, которые от них зависят, включая человека. Многие прибрежные сообщества зависят от рыб, которые начинают свою жизнь, используя коралловые рифы в качестве убежища и пищи».
Высокая структурная сложность, обилие ветвящихся и мягких кораллов, а также множество мелких молодых кораллов наблюдаются дальше всего от мест просачивания CO2. Катарина Фабрициус/Австралийский институт морских наук
Количество водорослей, способствующих укреплению и формированию каркаса рифа, также быстро сокращалось по мере повышения концентрации CO2 и в конечном итоге полностью исчезло. Эти водоросли обычно способствуют закреплению и росту молодых кораллов, поэтому их потеря усугубляет ситуацию. Неизвестковые водоросли разрастались по мере повышения кислотности воды: бурые и красные водоросли распространялись по морскому дну, осваивая новое пространство и снижая конкуренцию. Также увеличилось количество губок. В целом, риф перешёл от сложной среды, построенной кораллами, к более простой, плоской, с преобладанием водорослей.
Если рифы — это тропические леса океана, то CO2 по сути превращает пышный, разнообразный ландшафт в открытые луга — а это также плохая новость для примерно 25% рыб в мире, которые полагаются на кораллы для укрытия, спаривания, выращивания мальков и поиска пищи.
«Изучая организмы на 37 участках вдоль 500-метрового градиента воздействия CO2, мы смогли увидеть, что происходит с повышением уровня CO2», — сказал Фабрициус. «Не было никакого резкого спада или переломного момента. Вместо этого, по мере повышения уровня CO2, мы увидели, что мясистые водоросли стали доминировать, вытесняя и подавляя кораллы и известковые водоросли».
Это исследование важно для прогнозирования изменений рифов по всему миру по мере усиления закисления океана в этом столетии и в дальнейшем. Хотя обесцвечивание кораллов, вызванное повышением температуры воды, хорошо изучено, данных о влиянии закисления на эти уязвимые виды и о том, как эти изменения повлияют на рыбу и беспозвоночных, зависящих от рифов, гораздо меньше.
«Мы наблюдали, как коралловые рифы начинают меняться в ответ на градиенты CO2 на Большом Барьерном рифе», — сказал Фабрициус. «Рифы Папуа-Новой Гвинеи показывают нам, что произойдёт дальше. Чем больше CO2 мы выбрасываем в атмосферу, тем сильнее будут изменения в коралловых рифах и прибрежных сообществах, которые от них зависят. Это накладывается на последствия глобального потепления и повышения уровня моря».
«Закисление океана — масштабная глобальная проблема, которая до сих пор недостаточно изучена и освещается», — добавила она. «Это исследование — первое в своём роде, оно представляет уникальные полевые данные и позволяет нам оценить, как целые сообщества меняются в реальном мире».
Исследование опубликовано в журнале Communications Biology .
