Значительная часть древнего углерода, высвобождающегося при таянии арктической вечной мерзлоты, судя по всему, не возвращается быстро в атмосферу, а оказывается погребённой в донных отложениях. К такому выводу пришли исследователи из Института Альфреда Вегенера и Центра морских экологических наук MARUM при Бременском университете, изучавшие побережье вечной мерзлоты на острове Кикиктарук (остров Хершел) в Канаде.
Многолетнемёрзлые грунты Арктики хранят около 1300 гигатонн органического углерода, большая часть которого имеет растительное происхождение. Ещё 400 гигатонн сосредоточено в отложениях океанов и речных дельт. По мере потепления Арктики, идущего быстрее, чем в любом другом регионе планеты, этот резервуар становится всё более уязвимым: реки и обрушающиеся берега выносят углерод в Северный Ледовитый океан.
«В результате в море ежегодно попадает до 0,02 гигатонны, и, согласно прогнозам, к 2100 году этот поток может вырасти на 70–150 процентов», — приводит SciTechDaily слова ведущего автора исследования Мануэля Рубена. При этом, по его словам, до сих пор оставалось во многом неясным, какая доля этого углерода возвращается в атмосферу в виде парникового газа, а какая остаётся в морском дне.
Чтобы разобраться, учёные отобрали колонки донных отложений на разном удалении от берега острова Хершел, охватывающие примерно 50 лет осадконакопления. Анализ показал: хотя море уносит с побережья огромные объёмы органического углерода, в активный круговорот океана попадает лишь малая его часть. По оценке Рубена, микроорганизмы переводят в газы около десяти процентов органики из отложений, и эти газы, поднимаясь в воду, могут затем поступать в атмосферу. Остальной углерод остаётся захороненным на дне.
Изучив изотопный состав углерода в поровой воде — микроскопических пространствах между частицами осадка, — специалисты определили источник питания микробов. «Изотопы углерода служат для нас атомными индикаторами, позволяющими установить пищевой источник микроорганизмов, — поясняет геохимик Института Альфреда Вегенера Гезе Молленхауэр. — Изотоп 13C, например, говорит нам, потребляли ли они углерод с суши или из моря. А по изотопу 14C мы смогли определить, предпочитали ли одноклеточные организмы старый органический углерод из мерзлоты или свежий углерод из остатков водорослей».
Выяснилось, что бактерии в отложениях отдают предпочтение свежему углероду морского происхождения, например недавно образовавшимся водорослям, а не более древнему углероду из тающей мерзлоты. «В осадке обитают бактерии-гурманы, которые, судя по всему, предпочитают свежий углерод, скажем, из более поздних остатков водорослей, а не старый углерод из отложений мерзлоты», — отмечает Молленхауэр. Это позволяет предположить, что углерод, выносимый с суши в море, вносит меньший вклад в рост атмосферных парниковых газов, чем опасались учёные. Вместе с тем исследователи предупреждают, что картина неполна и требуются дальнейшие работы, поскольку часть органики из мерзлоты могла разложиться ещё до того, как достигла морского дна.
Перемещение углерода с суши в море способно влиять не только на выбросы парниковых газов, но и на химический и биологический состав прибрежных вод, служащих источником пищи для местных сообществ. Размытый материал снижает проникновение солнечного света в воду двумя путями: свежие частицы делают её мутнее, а растворённый органический углерод — темнее. Это важно, поскольку одноклеточные организмы, такие как водоросли, зависят от солнечного света при производстве биомассы и кислорода; данный процесс, называемый первичной продукцией, лежит в основе морских пищевых цепей, поддерживающих рыб, ракообразных и тюленей. Дальнейшее изучение этих связей запланировано в рамках международной кампании «Arctic Pulse» в 2027 году с использованием научного ледокола Polarstern, исследовательских самолётов Института Альфреда Вегенера и наземных измерений. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Geoscience.