Мирового океана

Глобальные проблемы
Океан проблем
Мирового океана
Ю.Н. Елдышев
заместитель главного редактора журнала «Экология и жизнь»
Уровень придется
уточнить
Климатологи из Национального
центрального университета (Тайвань), оценив вклады разных
факторов в подъем уровня Мирового океана за столетие, заключили, что отбор воды в искусственные резервуары влияет на него
больше, чем таяние льдов, которым так всех пугают.
Рост уровня Мирового океана — важный показатель изменения климата. Ныне его темпы
оценивают, измеряя высоту приливов, а также по спутниковым
данным (первый метод дает
1,7–1,8 мм/год в течение XX века,
48 ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ · 01(86)’2009
второй — 3,36 ± 0,4 мм/год в
последние 15 лет). Разные результаты могут быть следствием как
все более стремительного поднятия уровня, так и его флуктуаций.
Чтобы разобраться с этим, НАСА
в конце июня запустило новый
спутник OSTM (Ocean Surface
Topography Mission — миссия по
изучению топографии поверхности океана), который будет проводить наиболее точные изменения уровня океана.
Согласно общепринятым моделям, рост уровня Мирового океана (его площадь — 3,61·108 км2, а
объем — около 1,3·109 км3) вызван
рядом аддитивных (независимо
влияющих и суммируемых) факторов: таянием льдов, тепловым
расширением, увеличением объема почвенных вод, поднятием
уровня внутренних морей и крупных озер и т. д. По современным
оценкам, на тепловое расширение
приходится от четверти до половины общего подъема уровня океана — 0,43–0,85 мм/год (по высоте приливов в 1961–2003 гг.) и
0,84–1,68 мм/год (по данным со
спутников в 1993–2003 гг.); на таяние горных ледников — 0,5 ± 0,18
и 0,77 ± 0,22; на антарктические
льды — 0,14 ± 0,41 и 0,21 ± 0,35;
на гренландские — 0,05 ± 0,12 и
0,21 ± 0,07; на изменения почвен-
ных вод, внутренних морей и
озер — 0,12 мм/год за последние
20 лет.
Похоже, что прежде недостаточно учитывался вклад антропогенных факторов в изменение
уровня океана, прежде всего —
сокращение стока из-за создания
запасов воды в искусственных
резервуарах. Авторы проанализировали сведения о почти 30 тыс.
крупных водохранилищ и оценили суммарный объем воды в них, а
также то, насколько уменьшает
сток в Мировой океан сооружение каждого нового водохранилища. Оказалось, что их заполнение
(суммарный объем 8300 км3)
http://www.ecolife.ru
понизило уровень Мирового океана на 23 мм (с учетом искусственных водоемов меньшего размера, просачивания воды в грунт
и т. д. общий отбор воды —
10 800 км3, снижение уровня океана — 30 мм). Таким образом, из-за
интенсивного заполнения водохранилищ в 1960–1990 гг. уровень
океана снижался на 0,4–0,9 мм/
год (в среднем на 0,55 мм/год) —
больше, чем рос от всех учтенных
факторов, связанных с глобальным потеплением.
Если учесть эту «недостачу», на
графике, отражающем изменение
уровня океана за 1920–2007 гг.,
удается устранить прежде выгля-
девшие необъяснимыми изломы,
приходящиеся на 60-е и 80-е годы,
так что с 1930-х годов рост оказывается постоянным — 2,46 мм/
год, а это в свою очередь означает,
что и факторы, определяющие
этот рост, в итоге остаются неизменными.
Пока специалисты ломали
головы над изломами в скорости
роста уровня Мирового океана,
особенно тревожным выглядело
ускорение в последние два десятилетия. Но из этих оценок видно,
что ускорение может быть связано просто-напросто с прекращением ввода крупных водохранилищ с 1990-х годов.
49
Глобальные проблемы
Кроме того, все большие запасы воды в искусственных резервуарах создают внушительный
разрыв между наблюдаемыми
значениями подъема уровня океана и оценками вызывающих его
причин. Так что к таянию льдов и
расширению поверхностных вод
придется добавить еще и этот
немалый вклад для объяснения
наблюдаемой картины подъема
уровня вод Мирового океана.
Иными словами, общая модель
баланса вод Мирового океана
нуждается в обновлении.
Колебания уровня моря
и массовые вымирания
Причины массового исчезновения живых существ с лица Земли
в разные периоды ее истории
остаются одним из центральных
вопросов палеонтологии и палеобиологии. Недавно американские
ученые выяснили, что массовые
вымирания по времени совпадали с резкими изменениями уровня Мирового океана, и в статье,
опубликованной в июне на сайте
международного научного журнала «Nature», пришли к заключению, что между этими событиями
могла существовать причинноследственная связь.
До сих пор большинство ученых сходятся во мнении, что на
Земле сохранились следы пяти
массовых исчезновений за последние 450 млн лет, которые вели к резкому изменению состава
земной биоты. Последнее произошло 65 млн лет назад (в юрском
периоде), когда, как считается,
вымерли динозавры и десятки
тысяч других видов. Еще более
масштабная «встряска» случилась, похоже, 250 млн лет назад
(в конце пермского периода),
когда с лица Земли исчезли около
95% видов. Гипотез о причинах
подобных событий выдвинуто
немало: от падения астероида на
динозавров в юре до мощных
извержений подводных вулканов
в конце пермского периода.
50 ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ · 01(86)’2009
Понятно, что массовые вымирания биоты в масштабах всей
планеты вызывали не сами по
себе столкновение с космическим
объектом или извержения вулканов, а вызванные ими драматические изменения климата Земли.
Геофизик Шэнан Питерс из Университета Висконсина (Мэдисон)
вместе с коллегами занялись
поисками следов не столько катаклизмов, сколько изменений
в среде обитания живых существ.
Ученые уже давно предполагали, что массовые вымирания земной фауны могли быть связаны
с флуктуациями уровня Мирового
океана. Но достоверных подтверждений этой гипотезы до сих
пор ни у кого не было. Чтобы
обнаружить наличие такой связи,
проанализировали содержание
различных элементов (в основном карбонатов и некоторых других минералов) в осадочных породах за последние 540 млн лет.
Выяснилось, что не только повышение уровня Мирового океана,
но и его резкое понижение
(и, стало быть, сокращение площади древних морей) могло оказать огромное влияние на эволюцию и даже привести к массовому
вымиранию видов.
Выводы авторов в целом не
противоречат гипотезам о какихто масштабных внешних воздействиях на земной климат, но могут
заставить в корне изменить прежние представления о спонтанности катастроф. «Нельзя рассматривать вымирания как неожиданные и изолированные процессы», — заключают авторы. Кроме
того, в некоторых случаях массовые вымирания могли быть
вызваны и внутренними причинами: движение материковых
плит периодически увеличивало
и уменьшало площадь шельфовых отмелей самым драматическим образом.
Авторы уверены, что их результаты привлекут внимание не
только ученых, но и общества в
целом, поскольку с быстрым изменением уровня Мирового океана мы можем столкнуться уже в
скором будущем.
Медузы наступают
Еще одной неожиданной проблемой океана, резко обострившейся
в последние годы, стал стремительный рост популяций медуз во
многих морях, вызванный, по
мнению ряда экспертов, прежде
всего бесконтрольным выловом
рыбы и добычей морепродуктов,
а также изменением климата, и
служащий надежным признаком
разбалансированности экосистемы.
Как считают сотрудники Института океанографии в Париже,
медузы прекрасно приспосабливаются к окружающей среде, чем
больше медуз, тем сильнее сигнал
о происходящих изменениях.
Медузы, почти полностью состоящие из воды, спокойно заполняют ниши, освобождающиеся в
результате варварского лова рыбы.
Экологи и биологи убеждены, что
медузы занимают места других
видов, а убрать их из однажды
занятой ими ниши чрезвычайно
сложно — например, их скопления практически незаметны со
спутников. По последним данным, сильнее всего эффект проявляется в Средиземном море.
О медузах, относящихся к типу
кишечнополостных, мы пока
знаем не так уж много, но, как бы
то ни было, численность Pelagia
noctiluca, чьи щупальца способны
парализовать жертву и вызвать
сильные ожоги и сыпь у людей,
в прибрежных водах в последнее
время год от года растет. Как следует из наблюдений, продолжающихся уже два века, популяции
медуз естественным образом
растут примерно каждые 12 лет,
остаются стабильными на протяжении 4–6 лет, а затем идут на
спад. Однако, похоже, в экосистеме что-то разладилось, ибо уже
8 лет подряд численность медуз
(по крайней мере в Средиземном
море) растет.
Пока этот феномен сильнее
всего сказывается на туристическом бизнесе стран Средиземноморья. В последние годы на здешних пляжах от медуз пострадали
сотни тысяч отдыхающих (летом
2006 г. только в Испании к врачам
обратились около 70 тыс. пострадавших от медуз). В экстренном
порядке многие пляжи Греции,
Испании, Италии, Франции,
Хорватии ограждают сетками.
Одной из основных причин
этих аномалий, как уже отмечалось, может быть повышение
температуры морской воды. Так,
например, прошлой зимой температура в Средиземном море не
опускалась ниже 14 °C (в прежние
годы было 13°). Еще одна важная
причина заключается в том, что
в последние годы резко сократилась численность здешних популяций двух хищников, питающихся медузами: тунца (из-за
интенсивного промысла) и черепах (им все труднее найти подходящие пляжи для размножения).
В связи с этим ученые опасаются,
что Средиземное море может превратиться в «инкубатор» для медуз, которые со временем оттуда
попадут в Атлантику.
«Инвентаризация» течений
К началу XX века более 40%
Мирового океана «тяжело пострадало» от хозяйственной деятельности человека и лишь около 4%
не испытало разрушительного
антропогенного воздействия, сохранив природные экосистемы
в неприкосновенности. Такой
неутешительный вывод содержится в обзорном докладе американских ученых, выдержки из
которого недавно опубликовала
лондонская газета «Financial
Times».
Совместными усилиями ряда
ведущих научных центров США в
последнее время подготовлен
первый в истории науки Атлас
http://www.ecolife.ru
Мирового океана, где отражены
последствия деятельности человека по 17 характеристикам.
В Атласе и докладе исследователи
уделяли особое внимание таким
показателям экологического неблагополучия, как, например,
концентрация в воде токсичных
промышленных отходов и наиболее опасных для биоты химических веществ и соединений, степень разрушения экосистем и
сокращение запасов морепродуктов в результате их промышленной добычи.
По данным, отраженным в Атласе, наибольший урон нанесен
таким районам, как Северная
Атлантика, западная часть Тихого
океана, Берингово, ВосточноКитайское, Карибское, Красное,
Средиземное и Южно-Китайское
моря, а также Персидский залив,
многие нарушения экосистем
которых признаны необратимыми. В лучшем положении, отмечается в докладе, находятся Северный Ледовитый океан и воды
остальных океанов, омывающие
Антарктиду.
Тем временем другая международная группа ученых под руководством Николая Максименко
из Университета Гавайев впервые
нанесла на карту даже самые мелкие океанские течения, составив
самую подробную в истории карту
течений Мирового океана. Ученые
использовали не только спутниковые данные, но и собранные за
20 лет наблюдений записи сети
датчиков, расположенных в разных точках Мирового океана. Как
считают авторы, проанализировав все указанные данные, они
впервые обнаружили множество
мелких течений, не заметных при
обычных
океанографических
исследованиях.
Одним из наиболее важных
результатов работы стало обнаружение очень медленных течений
(скорость — до 30 м в час), направленных с запада на восток или с
востока на запад. Самое удиви-
тельное заключается в том, что
такие течения обнаружены практически везде. А вот физическая
природа явления пока остается
непонятной.
Невидимые волны,
течения и судьба шельфа
А исследовали из Университета
Техаса (Остин) в работе, опубликованной в одном из последних выпусков журнала «Physical
Review Letters», утверждают, что
на формирование материкового
склона и характеристики течений
могут заметно влиять невидимые
подводные волны. О роли этих
волн в циркуляции воды в океане
прежде было почти ничего не
известно. Теперь же речь идет
о результатах экспериментов, в
которых, как считают авторы, им
удалось в значительной мере воспроизвести основные особенности процесса, протекающего в
океане.
Ученые наполняли большой
аквариум соленой водой. Далее в
него добавляли частицы, размером около десяти микрометров.
При помощи специального
устройства в аквариуме создавались подводные волны. Благодаря
частицам, невидимые внутренние
течения в жидкости становились
доступными для наблюдения. Дно
аквариума представляло собой
наклонную плоскость, угол которой можно было менять. Оно
имитировало материковый склон,
связывающий континентальный
шельф (часть дна, имеющую ту же
геологическую структуру, что и
прибрежные районы континента,
и представляющую собой их продолжение) с дном океана. Ученые
измеряли зависимость интенсивности течения у поверхности
склона от угла наклона. Интенсивность достигала максимального значения тогда, когда он совпадал с углом распространения
создаваемых подводных волн.
Их распространение происходит
в толще воды и может никак не
51
Глобальные проблемы
наблюдаться, хотя и отражается
на поверхностных течениях.
По мнению авторов, полученные результаты помогут объяснить возможную роль невидимых
волн в формировании материкового склона. Постепенное разрушение материкового шельфа приводит к тому, что массы песка и
разрушенной породы скапливаются у его границы, делая склон
более крутым. Как предсказывают некоторые геологические теории, угол наклона материкового
склона может достигать 15–20°.
Однако его среднее значение по
планете составляет около 3°.
Авторы считают, что это связанно
с упомянутыми невидимыми волнами. Создавая интенсивное придонное течение, они выравнивают материковые склоны.
Кроме того, по словам авторов,
подводные волны могут заметно
влиять на поведение течений
52 ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ · 01(86)’2009
(по крайней мере некоторых).
Течение в океане представляет
собой замкнутый цикл. Теплая
вода течет от экватора к полюсам
близко к поверхности. Основной
движущей силой этого переноса
оказывается ветер. Охлаждаясь,
вода в высоких широтах опускается вниз и течет в обратном
направлении уже глубоко под
поверхностью. Как установили
исследователи, невидимые волны
способны выталкивать холодную
воду на поверхность, приводя к
перемешиванию разных слоев
воды и образованию разрывов в
течениях.
Авторы настаивают на необходимости более подробных исследований феномена невидимых
волн, которые, по их мнению,
помогут определить, какие из
изменений в характеристиках
океанских течений вызваны
антропогенными воздействиями,
а какие сопряжены с естественными вариациями природных
процессов.
Глобальное потепление
и гипоксия
Наконец, еще одна международная команда ученых опубликовала в журнале «Science» результаты
своего недавнего исследования,
согласно которым за последние
50 лет содержание кислорода в
тропических зонах Мирового
океана снизилось по меньшей
мере на 15%. По мнению авторов,
это уже может серьезно угрожать
экваториальным морским экосистемам, а также иметь заметные
глобальные экологические и экономические последствия.
Прежде уже не раз сообщалось
о том, что эксперты UNEP предупреждают о стремительном росте
числа так называемых мертвых
зон — участков Мирового океана
с пониженным содержанием кислорода, которых, по последним
данным, ныне насчитывается
около 150. При этом снижение
содержания кислорода в воде
пытались объяснить, в частности,
ростом содержания азота в атмосфере вследствие техногенной деятельности, прежде всего — выбросов промышленных и сельскохозяйственных предприятий.
В ходе нового и более детального исследования нарастающей
«гипоксии» воды, проведенного
группой океанографов во главе с
Лотаром Штрамма из Института
океанологии Общества Лейбница при Кильском университете
(Германия), ученые стремились
обобщить все данные о полученных за последние полвека замерах
уровня кислорода в разных точках Мирового океана и сравнить
их со значениями нынешних
замеров, поступавшими со спутников, исследовательских судов и
буев существующей океанографической сети. При этом основное внимание уделялось шести
тропическим зонам, по которым
данных было больше всего.
Исследование велось на глубинах 300–700 м. Замеры зафиксировали расширение слоя с низким
содержанием кислорода, которое
было географически весьма неравномерным: в тропической зоне у побережья Западной Африки его толщина увеличилась
сильнее всего — на 85%, а, например, в восточной части Индийского океана изменения за последние 50 лет оказались не столь
заметными.
Выполнение этого проекта
позволило дать самую точную
количественную оценку явлению
гипоксии в Мировом океане, хотя
интерпретация результатов исследования остается неоднозначной.
По мнению доктора Джанет
Спринтолл из Океанографического института Скриппса (СанДиего, Калифорния), принимавшей участие в исследовании,
http://www.ecolife.ru
более теплая вода не может столь
же эффективно «удерживать»
кислород, как холодная. В то же
время Лотар Штрамма отмечает,
что у соавторов открытия пока
нет полного понимания и единого взгляда на то, почему насыщенность морской воды кислородом менялась по-разному в разных регионах, и добавляет, что
объяснять снижение содержания
кислорода глобальным потеплением пока нельзя.
Но некоторые эксперты считают, что именно изменение климата стало наиболее вероятной причиной появления и расширения
«мертвых зон». А это уже ставит
под сомнение неоднократно звучавшие ранее предположения о
том, что снижение уровня кислорода вызвано исключительно техногенными факторами (в частности, упомянутыми выбросами
соединений азота). Роль человека
в глобальном потеплении, как
известно, остается предметом
острых дискуссий, но, как бы то
ни было, похоже, что напрямую
связать нарастающую гипоксию с
пресловутым «человеческим фактором» уже, вероятно, не удастся.
Что касается возможных последствий открытого явления, то
и здесь оценки также заметно разнятся. Наибольшую опасность
для человека, по мнению многих
специалистов, представляет, в
частности, смещение зон, бедных
кислородом, по направлению к
береговой линии, а также расширение слоев, в которых наблюдается гипоксия, по направлению к
поверхности воды.
Как считают эксперты из
Института Скриппса, рост размеров таких зон может заметно
повлиять на миграции планктона
и его воспроизводство, иными
словами, затронуть основу пищевых цепей в Мировом океане, что,
в свою очередь, грозит цивилизации далеко идущими последствиями, масштабы которых еще
предстоит оценить.
Рост кислотности —
угроза жизни
Британские океанологи в статье,
опубликованной в одном из
июньских номеров журнала
«Nature», бьют тревогу в связи
с тем, что увеличение кислотности морской воды из-за роста
выбросов углекислого газа в
атмосферу может привести к разрушению экосистем океана.
В предыдущих лабораторных
исследованиях было показано,
что повышенная кислотность
воды оказывает заметное влияние
на жизнедеятельность отдельных
морских организмов. Однако до
сих пор не было проведено исследований, в которых бы выявлялись последствия закисления
воды для морских экосистем в
целом. Чтобы оценить, как различный уровень кислотности
влияет на те или иные организмы,
ученые исследовали популяции,
живущие возле вулканических
источников углекислого газа в
Средиземном море. Кроме того,
исследователи под руководством
Джейсона Хол-Спенсера из Университета Плимута пользовались
существующими прогнозами изменения уровня кислотности
воды к 2020, 2050, 2100 гг. и даже
далее. Они определяли точки
вокруг источников углекислого
газа, в которых кислотность соответствовала прогнозируемым значениям.
Ученые показали, что, как и
следовало ожидать, при сильном
закислении воды многие ключевые для морских экосистем группы организмов вымирают. Особенно чувствительны к повышенной кислотности кораллы, относящиеся к родам Caryophyllia,
Cladocora и Balanophyllia, а также
многие морские ежи и улитки.
С другой стороны, некоторые
водоросли, например, морская
трава или саргассовые водоросли,
напротив, начинают усиленно
размножаться при повышенном
содержании углекислого газа.
53
Глобальные проблемы
Повышенная кислотность оказывает влияние не только на постоянных обитателей опасных зон.
Многие рыбы стремятся избегать
размножения в «кислой» воде.
Не секрет, что как неконтролируемый рост, так и вымирание
отдельных видов оказывают губительное воздействие на экосистему в целом, разрушая пищевые
цепи. Последствия изменения
экосистем, складывавшихся тысячелетиями, предсказать практически невозможно, однако велика
вероятность, что они окажутся
весьма серьезными.
Аналогичную тревогу высказывают и специалисты из Станфордского университета (Калифорния), недавно опубликовавшие
свои новые данные. Американские
ученые также считают, что рост
содержания растворенного в воде
CO2 способен нанести серьезный
удар по морской флоре и фауне.
По их оценкам, за 200 лет кислотность Мирового океана возросла
на треть. Если темп сохранится, к
2100 г. содержание углекислого
газа в морской воде увеличится
еще в полтора раза, что может
иметь серьезные последствия для
морской биоты. Как уже отмечалось, увеличение концентрации
углекислого газа в морской воде
ведет не только к замедлению
роста кораллов, но и к их разрушению. Не менее вредным его
действие оказывается также для
планктона и моллюсков, чьи раковины подвергаются разрушению.
А это, в свою очередь, угрожает
лососевым, макрели и китам.
Разумеется, от разрушения
цепей питания в океане могут
пострадать и люди. Доктор медицинских наук из Центра демографии и экологии человека при
Институте народнохозяйственного прогнозирования РАН Борис
Ревич не скрывает озабоченности: «С уверенностью можно сказать, что переокисление океана
обернется немалыми потерями
его продуктивности. Промысло54 ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ · 01(86)’2009
вый лов на многих его участках
станет просто невозможен, что
скажется прежде всего на жителях
прибрежных и островных стран,
рацион питания которых во многом основан именно на дарах
моря».
Впрочем, некоторые отечественные океанологи не разделяют его тревоги. «Это нормальное
природное явление, — считает
профессор О. Сорохтин (Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН). — Чем выше температура воды, тем лучше растворяется в ней углекислый газ. Как
только начнется похолодание,
снизится и концентрация СО2 в
воде. Фатальных изменений, грозящих гибелью всему живому,
пока не предвидится». По его
мнению, растворяясь в воде, газ
становится кормом для бактерий,
которые при этом стремительно
размножаются.
Как бы то ни было, но многочисленные исследования показали, что закисление морской воды
в последние годы наблюдается во
многих частях света. Так, в конце
мая 2008 г. ученые из Университета
Орегона (Юджин) сообщили о
результатах своего исследования,
свидетельствующих о том, что
уровень кислотности воды вдоль
всего тихоокеанского побережья
США заметно вырос за последние
50 лет. Данные других исследователей подтверждают, что тенденция к устойчивому росту содержания углекислого газа в океане
не только продолжается, но и усиливается год от года.
Глобализация
и интродукция
Упомянутые и многие другие проблемы Мирового океана окажутся
в центре внимания сотрудников
недавно созданного на базе
Института биологии моря Дальневосточного отделения РАН
(Владивосток) нового центра мониторинга, который, впрочем, на
первых порах сосредоточится в
основном на изучении влияния
морских «вселенцев» на экосистемы.
По мнению специалистов,
последствия вселения видов —
одна из важнейших экологических проблем. За последние 50–60
лет из-за бурного развития судоходства резко участились случаи
расселения видов в разных районах Мирового океана. Этот процесс из-за непредсказуемости
последствий даже стали называть
«экологической рулеткой».
Как только начнет работать
нефтепровод «Восточная Сибирь — Тихий океан», сотни танкеров повезут нефть из России,
одновременно перенося с балластными водами множество
видов-переселенцев. Чужеродные
виды могут оказаться небезопасными для экологии, экономики и
даже здоровья людей. Специалисты центра займутся изучением
влияния на экологию чужеродных для дальневосточных морей
видов водорослей, беспозвоночных, грибов, занесенных судами в
российские порты. Ученые будут
оценивать экологические риски,
проводить мониторинг вселенцев
на разных стадиях акклиматизации, разрабатывать рекомендации по изменению законодательства РФ в области контроля судовых балластных вод и осадков.
Сейчас список видов-вселенцев
в дальневосточные моря России
включает 48 видов. Так, в заливе
Восток у берегов Приморья обнаружен опасный для марикультуры
вселенец — асцидия Ciona savigny.
В заключение остается лишь
повторить, что масштабы и последствия большинства упомянутых уточнений к быстро меняющейся картине Мирового океана
еще нуждаются в осмыслении.
По материалам журналов
«Nature» и «Science»,
газеты «The Times», АМИ-ТАСС,
РИА «Новости», elementy.ru,
MIGnews.com, newsru.com, polit.ru,
lenta.ru и др.