Глобальное потепление: Горячая вода океанов и срочный призыв к охране окружающей среды

В последние годы глобальные выбросы парниковых газов постоянно достигают новых максимумов, ускоряя процесс глобального потепления.

Статья, опубликованная в престижном научном журнале "Earth System Science Data" в июне 2023 года, подчеркнула, что за последнее десятилетие глобальные выбросы парниковых газов достигли исторического максимума, с ежегодными выбросами углекислого газа на уровне 54 миллиардов тонн. Профессор Пьер Фостер из Университета Лидса, один из авторов исследования, отметил, что хотя глобальное потепление еще не превысило порог в 1,5°C, установленный Парижским соглашением по климату, при текущем уровне выбросов углерода оставшийся углеродный бюджет примерно в 250 миллиардов тонн углекислого газа, скорее всего, будет быстро исчерпан в ближайшие годы. Исследовательская группа призвала принять более строгие цели и меры по сокращению выбросов на конференции COP28 в 2023 году. В мае 2023 года доклад, опубликованный Всемирной метеорологической организацией, заявил, что из-за совместного влияния парниковых газов и явления Эль-Ниньо существует высокая вероятность того, что в течение следующих пяти лет (2023-2027) глобальная температура впервые превысит порог в 1,5°C выше докиндустриального уровня, причем как минимум один год имеет 98%-ную вероятность стать самым жарким годом в истории наблюдений.

Глобальный климат представляет собой сплочённое сообщество, где любое изменение одного климатического фактора может оказать серьёзное влияние на другие элементы климата. Традиционно внимание сосредотачивалось на том, как потепление климата вызывает экстремальные погодные явления на суше, такие как жаркие волны, засухи и наводнения. Однако с развитием технологий мониторинга климата было обнаружено, что глобальное потепление также вызывает явление, известное как "лихорадка океана". С 2023 года метеорологические учреждения Европы, Соединённых Штатов и других регионов наблюдали явления необычного потепления поверхностных вод региональных или глобальных океанов. В июне 2023 года данные, опубликованные Британским метеорологическим управлением, показали, что температура поверхностной воды в Северной Атлантике в мае достигла самого высокого уровня с 1850 года, превысив средний уровень того же периода с 1961 по 1990 год на 1,25°C, особенно вокруг Великобритании и Ирландии, где температура морской воды была более чем на 5°C выше долгосрочного среднего значения.

На данный момент британские метеорологические ученые классифицировали тепловую волну в океане этого года как экстремальную четвертой или пятой категории. В середине июня 2023 года исследовательский доклад, опубликованный Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) США, показал значительное потепление морской воды во многих частях мира с начала 2023 года. 1 апреля глобальная температура поверхности океана достигла рекордного уровня в 21,1°C, что, хотя затем она снизилась до 20,9°C, все равно была на 0,2°C выше самого высокого температурного показателя 2022 года. К 11 июня температура поверхностной воды Северной Атлантики достигла 22,7°C, что является самым высоким зафиксированным показателем для этого региона, при этом ожидается, что температура поверхности моря продолжит расти, достигнув пика к концу августа или сентября.

В результате потепления океанов ожидается, что к октябрю более половины мировых океанов испытают тепловые волны. 14 июля Европейская служба Copernicus по изменению климата зафиксировала, что температура морской воды в Северной Атлантике и Средиземном море установила рекорды за несколько месяцев, с проявлением тепловых волн в регионе Средиземного моря. Температура морской воды у южного побережья Испании и вдоль побережья Северной Африки превысила средние эталонные значения более чем на 5°C, что указывает на продолжающееся усиление океанических тепловых волн. В июле 2023 года НОАА измерила температуру морской воды 36°C недалеко от юго-западного побережья Флориды, США — самая высокая температура, зарегистрированная спутниковым мониторингом океанических температур с 1985 года.

Метеорологические станции отметили, что за последние две недели температура морской воды здесь была на целых 2°C выше нормального диапазона. Температура морской воды является не только экологическим элементом морской экосистемы, но и базовым компонентом климатической системы Земли. Постоянное повышение температуры морской воды привело к всё более частым экстремальным тепловым явлениям в океане, представляя серьёзную угрозу для здоровья морских экосистем.

Океанические жары угрожают морским экосистемам. Океанические жары, определяемые как экстремальные тепловые события, при которых температура поверхностных вод океана аномально повышается, обычно длятся от нескольких дней до нескольких месяцев и могут простираться на тысячи километров. Океанические жары наносят прямой вред морским экосистемам, включая непосредственное убийство рыб, вынуждение их мигрировать в более холодные воды, вызывание отбеливания кораллов и даже потенциально приводя к дезертификации морей. Для морских экосистем океанические жары являются полной катастрофой.

В частности, вред от океанических жар проявляется в следующих двух аспектах:

1. **Вынуждение тропической морской жизни мигрировать в средние и высокие широты:**

Обычно экваториальный регион является самым богатым районом по ресурсам морской жизни, с большим количеством морской травы, кораллов и мангровых зарослей, служащих раем для большинства морских существ.

Однако за последние 50 лет температура морской воды у экватора повысилась на 0,6°C, вынуждая большое количество тропических морских организмов мигрировать в более прохладные средние и высокие широты в поисках убежища. Исследование, опубликованное в журнале Nature в апреле 2019 года, показало, что глобальное потепление оказывает наибольшее влияние на морскую флору и фауну, причем число видов, вынужденных мигрировать в океане, в два раза больше, чем на суше, особенно в экваториальных водах. В статье отмечалось, что в настоящее время почти тысяча видов рыб и беспозвоночных покидают тропические воды.

В августе 2020 года ученые из Национального управления океанических и атмосферных исследований опубликовали исследование в журнале Nature, где было установлено, что морские жары вызывают "термальную дислокацию", с расстояниями перемещения от нескольких десятков до тысяч километров. Для адаптации к этим изменениям температуры океана большое количество морских организмов также должны перемещаться на такое же расстояние, чтобы избежать высоких температур, что приводит к "перераспределению" морской жизни. В марте 2022 года австралийские ученые обнаружили снижение числа видов в тропических океанах после анализа почти 50 000 записей о распространении морской жизни с 1955 года, при этом широты 30°N и 20°S заменили экваториальную зону как наиболее богатые области для морских видов.

Не только океаническая среда изменяется, но и пищевая цепь в экваториальных водах также меняется. Планктон играет важную роль в сложной сети морской пищевой цепи, но в последние годы учёные обнаружили, что из-за глобального потепления количество планктона, представленного фораминиферами, быстро сокращается в экваториальных водах. Это означает, что с точки зрения уровней питания экваториальные воды больше не могут поддерживать такое богатое морское жизнь, как раньше. Неблагоприятные морские условия и снижение источников пищи ускоряют процесс миграции экваториальной морской фауны. Массовая миграция тропических морских организмов вызовет цепную реакцию, приводя к тому, что стабильные морские экосистемы, сформированные за миллионы лет геологической и биологической эволюции, постепенно будут нарушаться и даже разрушаться.

Переселение большого количества тропических морских видов в субтропические морские экосистемы означает, что во многие районы вторгнутся инвазивные виды, и новые хищные виды будут активно конкурировать за пищу с местными видами, что приведет к снижению численности или даже вымиранию некоторых видов. Этот феномен коллапса экосистемы и вымирания видов происходил в пермский и триасовый геологические периоды.

2. **Приводя к гибели большого количества морских организмов:**

Холодная вода содержит гораздо больше кислорода, чем теплая вода. Постоянный рост температуры морской воды и увеличение частоты морских жаров в последние годы значительно усилили явление гипоксии и недостатка кислорода в прибрежных водах. Ученые отмечают, что из-за повышения температуры морской воды содержание кислорода в океане за последние 50 лет снизилось на 2% до 5%, что привело к массовой гибели рыб из-за дыхательных проблем. Некоторые крупные рыбы с высоким потреблением кислорода могут даже исчезнуть.

В июне 2023 года на тысячи километров в водах возле провинции Чumphон на юге Таиланда и в Мексиканском заливе в США появились мертвые рыбы, причиной чего стало то, что рыбы, оказавшись запертыми в мелководье, задохнулись из-за океанических тепловых волн. Массовая гибель рыб также окажет влияние на морских птиц, питающихся ими. С 2013 по 2016 год потепление поверхностных вод Тихого океана у западного побережья Северной Америки привело к трагическому инциденту, в результате которого примерно миллион морских птиц погиб от недостатка пищи. Океанические тепловые волны также приводят к отбелению кораллов.

Коралловые рифы, известные как "леса моря", предоставляют местообитания, места поиска пропитания и размножения для примерно четверти морской жизни, делая их одним из самых биоразнообразных экосистем на Земле. Формирование коралловых рифов невозможно без симбиотической связи между кораллами и зооксантеллами, которые обмениваются питательными веществами. Зооксантеллы — это водоросли, которые очень чувствительны к температуре. Когда температура морской воды повышается, их фотосинтез ослабевает, и они выделяют вредные свободные радикалы кислорода для кораллов. Чтобы защитить себя, кораллы вынуждены изгонять зооксантеллы, нарушая симбиотическую связь.

Без зооксантелл, кораллы постепенно возвращаются к своему первоначальному серо-белому цвету. Если зооксантеллы не вернутся долгое время, кораллы потеряют источник питательных веществ и в конечном итоге погибнут. Это явление называется побелением кораллов. В настоящее время Большой Барьерный риф в Австралии подвергается самому сильному воздействию побеления кораллов. В последние годы из-за глобального потепления температура морской воды около Большого Барьерного рифа продолжает расти, и между 1998 и 2017 годами произошло как минимум четыре крупных случая побеления кораллов.

В начале 2020 года Австралия пережила рекордно высокие температуры, с пожарами, длившимися полгода на суше, и самым масштабным за всю историю отбеливанием кораллов в океане, затронувшим около четверти коралловых рифов. На данный момент более половины Большого Барьерного Рифа отбелела. С глобальным потеплением события отбеливания кораллов будут происходить чаще и становиться более серьезными. Ученые обнаружили, что с 1985 года частота глобального отбеливания кораллов увеличилась с одного раза каждые 27 лет до одного раза каждые четыре года, и к концу XXI века ожидается, что более трех четвертей кораллов мира подвергнутся отбеливанию или заболеют. Отбеливание и гибель кораллов приведут к тому, что большое количество рыб потеряет свои места обитания, питания и нереста, что еще больше скажется на развитии популяций рыб.

В последние годы частота и охват океанических тепловых волн непрерывно увеличиваются и расширяются. В марте 2019 года исследователи из Морской биологической ассоциации Великобритании опубликовали научную статью в журнале Nature Climate Change, где было установлено, что среднегодовое количество дней с океаническими тепловыми волнами за период с 1987 по 2016 год увеличилось на 50% по сравнению с периодом 1925-1954 годов. Кроме того, учёные также наблюдали явления океанических тепловых волн в глубоких слоях океана. В марте 2023 года исследователи из Национального управления океанических и атмосферных исследований опубликовали исследование в Nature Communications, где было обнаружено, что океанические тепловые волны существуют и в глубоких слоях океана. С помощью моделирования наблюдательных данных выяснилось, что в районах вокруг континентального шельфа Северной Америки глубоководные океанические тепловые волны длятся дольше и могут иметь более сильный сигнал потепления, чем поверхностные воды.

Увеличение частоты и области океанских тепловых волн означает, что морские экосистемы столкнутся с большими повреждениями в будущем. Океанская акцидификация угрожает развитию морских видов. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере не только вызывает парниковый эффект и ускоряет глобальное потепление, но также приводит к океанской акцидификации, угрожая выживанию и размножению морской жизни. Океан постоянно обменивается газами с атмосферой Земли, и практически любой газ, попадающий в атмосферу, может растворяться в морской воде. Как важный компонент атмосферы, углекислый газ также может быть поглощен морской водой. Океанская акцидификация по сути является явлением, при котором океан поглощает избыток углекислого газа, что приводит к увеличению кислотных веществ в морской воде и снижению pH.

Согласно оценкам, примерно треть диоксида углерода, выделяемого человеком в атмосферу, поглощается океаном. По мере продолжения увеличения концентрации диоксида углерода в атмосфере усиливается и скорость его поглощения и растворения. В настоящее время океан поглощает 1 миллион тонн диоксида углерода в час, что означает ускорение процесса окисления океана.

Научные исследования показали, что за последние два века из-за чрезмерных выбросов углекислого газа человеком глобальное значение pH океана снизилось с 8.2 до 8.1, увеличив фактическую кислотность морской воды примерно на 30%. Согласно текущим темпам выбросов углекислого газа человеком, к концу XXI века значение pH поверхностных вод мирового океана снизится до 7.8, что сделает кислотность морской воды на 150% выше, чем в 1800 году. В 2003 году термин "океаническая акцидификация" впервые появился в всемирно известном научном журнале Nature. В 2005 году ученые указали, что 55 миллионов лет назад произошло массовое вымирание в океане из-за его закисления, предположительно растворившее 4.5 триллиона тонн углекислого газа в океане, после чего океану потребовалось 100,000 лет для постепенного восстановления нормальных уровней. В марте 2012 года статья, опубликованная в журнале Science, утверждала, что Земля сейчас переживает самый быстрый процесс закисления океана за последние 300 миллионов лет, и многие морские виды сталкиваются с кризисом выживания.

В апреле 2015 года исследование, опубликованное в американском журнале Science, указало, что 250 миллионов лет назад мощные вулканические извержения в Сибири выделили большое количество диоксида углерода, что привело к резкому снижению pH морской воды на протяжении следующих 60 тысяч лет и вызвало гибель большого количества сильно окаменелых морских организмов. Ученые оценивают, что это событие закисления океана в конечном итоге привело к вымиранию 90% морской жизни и более 60% наземной жизни. Исследование также отметило, что во время массового вымирания 250 миллионов лет назад объем выбросов углекислого газа в атмосферу составлял всего около 2,4 миллиардов тонн в год, тогда как сейчас люди ежегодно выбрасывают примерно 35 миллиардов тонн углекислого газа в атмосферу, значительно превышая уровень выбросов периода массового вымирания.

Кислотизация океана серьезно влияет на нормальный рост и размножение морской жизни, угрожая выживанию и развитию видов. С одной стороны, кислотизация океана угрожает и подавляет выживание карбонатообразующих организмов. Кислотизация океана приводит к постоянному снижению концентрации карбонатных ионов в океане, которые являются важным материалом для многих морских организмов (например, крабов, гребешков, кораллов и т.д.) для формирования раковин.

Кислотизация океана серьезно угрожает росту и развитию этих карбонатообразующих организмов. Кроме того, закисленная морская вода может напрямую растворять некоторых морских организмов. Моллюски являются важным источником пищи для лосося, и ученые прогнозируют, что к 2030 году закисленная морская вода будет иметь эрозионное воздействие на морских моллюсков, что приведет к их сокращению или исчезновению в некоторых морских районах, еще больше влияя на развитие популяций лосося.

С другой стороны, океаническое закисление также повреждает органы чувств рыб. Органы чувств, такие как обоняние, слух и зрение, помогают морским рыбам эффективно добывать пищу, находить безопасные места обитания и избегать хищников. После повреждения это непосредственно угрожает выживанию рыб. В июне 2011 года исследователи из Бристольского университета Великобритании инкубировали яйца клоунов в морской воде с четырьмя разными концентрациями углекислого газа. После сравнительных исследований было установлено, что молодые рыбы, выведшиеся в воде с высокой концентрацией углекислого газа, очень медленно реагировали на звуки хищников.

Это означает, что в кислой морской воде чувствительность слуха у молоди рыб значительно снижается. В марте 2014 года исследование, опубликованное в журнале Experimental Biology, показало, что высокие концентрации углекислого газа в морской воде могут нарушать различные типы гамма-аминомасляной кислоты в нервных клетках рыб, снижая их зрительные и двигательные способности, в конечном итоге делая труднее для них добывать пищу или избегать хищников. В июле 2018 года исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change, показало, что закисление океана может привести к потере рыбами обоняния, нарушению их центральной нервной системы и снижению способности мозга обрабатывать информацию.

Помимо прямого вреда для морских видов, океаническое закисление может еще больше усиливать негативное воздействие морских загрязнителей и токсинов. Исследования показали, что океаническое закисление может постоянно увеличивать биодоступность тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец, железо, медь и цинк, что означает, что эти тяжелые металлы легче могут быть поглощены морскими организмами и легче накапливаться в них. В конечном итоге эти загрязнители будут переданы более высоким организмам через пищевую цепочку, угрожая их здоровью. Кроме того, океаническое закисление также может менять количество и химический состав вредных водорослей, позволяя этим токсинам передаваться моллюскам, производя паралитические и нейротоксичные токсины, что в конечном счете угрожает здоровью человека.

Глобальные усилия по защите морской биоразнообразия. На данный момент средняя температура мирового океана повысилась примерно на 0,9°C по сравнению с XX веком и на 1,5°C по сравнению с доконденциальными уровнями. Последние десять лет стали самым теплым десятилетием для температур океана в истории наблюдений. В 2023 году сложился феномен Эль-Ниньо, и ученые прогнозируют, что в ближайшие месяцы глобальная температура поверхности моря возрастет на 0,2–0,25°C. Это означает, что морские экосистемы столкнутся с более серьезной угрозой высоких температур в будущем, а морская жизнь будет сталкиваться с большими вызовами выживания. Перед лицом все более серьезного кризиса морской экологии страны мира также активно предпринимают действия для защиты морских экосистем. 19 декабря 2022 года на второй фазе XV Конференции сторон Конвенции о биологическом разнообразии был принят «Кунашский-Монреальский глобальный план по сохранению биоразнообразия». План установил цель «30x30», которая заключается в том, чтобы к 2030 году защитить как минимум 30% земель и океанов мира.

Для обеспечения гладкого выполнения соглашения, его содержание также установило четкие и сильные финансовые гарантии. Этот фреймворк будет вести международное сообщество к совместной работе по защите биоразнообразия и стремлению к великой цели гармоничного сосуществования человека и природы к 2050 году. За последние десятилетия на международных водах было проведено множество судоходных операций, добычи полезных ископаемых на морском дне и промысла дальневодных рыб. Хотя существуют соответствующие международные институты, регулирующие эти действия, недостаток необходимого общения и координации между различными институтами привел к фрагментированному состоянию экологического мониторинга и защиты открытого моря, что не позволяет эффективно сдерживать загрязнение морской среды и потерю биоразнообразия.

В июне 2023 года Организация Объединенных Наций приняла «Соглашение о сохранении и устойчивом использовании морской биологической разнообразия в районах, находящихся за пределами национальных юрисдикций, в рамках Конвенции ООН по морскому праву». «Соглашение» предлагает новые механизмы и содержание для оценки морской среды, передачи морских технологий, распределения выгод от морских генетических ресурсов и создания морских заповедников. Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш подчеркнул, что это «Соглашение» имеет ключевое значение для решения угроз, таких как изменение климата, чрезмерный вылов рыбы, океаническая акцидентация и загрязнение океанов, обеспечивая устойчивое развитие и использование более чем двух третей мировых океанов, и имеет важное историческое значение для защиты морского биоразнообразия.