Значна частина давнього органічного вуглецю, який вивільняється під час танення арктичної вічної мерзлоти, зрештою не повертається швидко в атмосферу, а надовго «замикається» в осадах на дні моря. Про це свідчить дослідження уздовж узбережжя острова Кікіктарук (Гершел-Айленд) у Канаді, результати якого описані в журналі Nature Geoscience і узагальнені виданням SciTechDaily.
Вічна мерзлота в Арктиці зберігає величезні запаси органічного вуглецю, переважно з давніх рослинних решток. Коли ґрунт відтаює або руйнуються прибережні ділянки, цей вуглець потрапляє в море, де мікроорганізми можуть його розкладати й перетворювати на парникові гази.
Гігантський запас вуглецю, що стає вразливим
За оцінками, арктичні екосистеми вічної мерзлоти містять близько 1300 гігатонн органічного вуглецю, ще приблизно 400 гігатонн зосереджені в осадах океанів і річкових дельт. У міру того як Арктика нагрівається швидше за інші регіони планети, цей заморожений резервуар стає дедалі нестабільнішим.
Коли мерзлота тане, річки та руйнівні прибережні обвали виносять вуглець у Північний Льодовитий океан. За словами провідного автора роботи, доктора Мануеля Рубена (Manuel Ruben) з Інституту Альфреда Вегенера, щороку в море може надходити до 0,02 гігатонни такого вуглецю, а до 2100 року цей потік може зрости на 70–150 %. Досі було погано зрозуміло, яка частина цього матеріалу перетворюється на парникові гази, а яка залишається похованою в морському дні.
Відповідь на це запитання важлива для оцінки того, наскільки сильно танення вічної мерзлоти може посилити майбутні зміни клімату.
Осадові керни показали долю вуглецю
Щоб простежити шлях вуглецю, команда з Інституту Альфреда Вегенера та центру MARUM Університету Бремена відібрала осадові керни на різній відстані від узбережжя острова Гершел. Ці стовпчики донних відкладів зберігають приблизно 50 років накопичення матеріалу.
Аналіз показав, що море справді змиває з берега великі обсяги органічного вуглецю, але лише невелика частина потрапляє в активний вуглецевий цикл океану. За оцінками дослідників, мікроорганізми в осадах перетворюють приблизно 10 % органічного вуглецю на гази, які піднімаються у воду й можуть далі потрапляти в атмосферу. Більшість решти залишається захованою в донних відкладах.
Ізотопи як «мітки» походження вуглецю
Науковці також дослідили, як швидко матеріал вічної мерзлоти накопичується на дні та що з ним відбувається після поховання. Вони вимірювали розчинений неорганічний вуглець у порах між частинками осаду — так званій поровій воді. Це дозволило оцінити, скільки CO2 утворили мікроорганізми, розкладаючи органічну речовину.
Далі команда проаналізувала ізотопний склад цього вуглецю, щоб з’ясувати, з яких джерел походить «їжа» мікроорганізмів. За словами професорки Гезіне Молленгауер (Gesine Mollenhauer) з Інституту Альфреда Вегенера, ізотоп 13C дозволяє відрізнити вуглець суходільного та морського походження, а ізотоп 14C — визначити, чи споживали одноклітинні давній органічний вуглець із мерзлоти, чи більш свіжий — наприклад, із решток водоростей.
«Гурмани» серед бактерій і наслідки для клімату
Ізотопний аналіз виявив несподівану закономірність: мікроорганізми в осадах віддають перевагу свіжому морському вуглецю, зокрема нещодавно утвореній біомасі водоростей, а не старому вуглецю, що надходить із танучої вічної мерзлоти.
Як пояснює Гезіне Молленгауер, осад населяють своєрідні «гурманські» бактерії, які охочіше споживають більш «свіжу» органіку, ніж давні відклади мерзлоти. Це означає, що частка суходільного вуглецю, яка реально перетворюється на парникові гази в прибережних морських осадах, може бути меншою, ніж побоювалися раніше.
Водночас дослідники наголошують, що картина ще не повна: частина органічного вуглецю з мерзлоти може розкладатися ще до того, як досягне морського дна, і цей внесок потрібно окремо оцінити.
Зміни для прибережних екосистем Арктики
Перенесення вуглецю з суші в море впливає не лише на викиди парникових газів, а й на хімію та біологію прибережних вод, які забезпечують харчові ресурси для місцевих спільнот. Матеріал, що змивається з берега, зменшує проникнення сонячного світла у воду двома шляхами: свіже мінеральне уламкове сміття робить воду каламутнішою, а розчинений органічний вуглець її затемнює.
Це важливо, оскільки одноклітинні організми, зокрема водорості, залежать від світла для первинної продукції — утворення біомаси та кисню. Первинна продукція лежить в основі морських харчових ланцюгів, що підтримують рибу, ракоподібних і морських ссавців, таких як тюлені.
У 2027 році ці зв’язки планують вивчати детальніше в межах міжнародної кампанії «Arctic Pulse». За допомогою криголама «Polarstern», літаків Інституту Альфреда Вегенера та наземних спостережень науковці досліджуватимуть, як швидкі зміни довкілля перебудовують арктичні екосистеми.
Краще прогнозування кліматичних змін
Нові результати дають чіткіше уявлення про те, що відбувається з вуглецем після виходу з вічної мерзлоти в океан. За словами Мануеля Рубена, дослідження вперше настільки точно показує, скільки вуглецю надійно зберігається в донних відкладах і яка частка розкладеного матеріалу справді походить із давньої мерзлоти.
Ці дані стають важливою основою для кліматичних моделей, які оцінюють наслідки танення вічної мерзлоти для глобального клімату, і допомагають точніше врахувати роль Арктики в майбутніх змінах атмосфери.