На удалённом коралловом рифе у побережья Папуа – Новой Гвинеи из трещин морского дна в мелководье постоянно поднимаются потоки пузырьков, питаемых подземной вулканической системой. Для учёных это природное явление стало своеобразным «хрустальным шаром», позволяющим увидеть, как изменения в океанах могут повлиять на морскую жизнь.

Природная лаборатория для изучения океанической кислотности

Исследователи из Австралийского института морских наук (AIMS) обнаружили, что эти вулканические пузырьки, почти полностью состоящие из углекислого газа (CO2), вызывают локальное повышение кислотности воды. Когда газ поднимается, он образует видимые потоки пузырьков, которые растворяются в морской воде и изменяют её химический состав. Поскольку это происходит рядом с коралловыми рифами в заливе Милн, учёные могут наблюдать, как повышенное содержание CO2 влияет на морские экосистемы. По сути, это уникальный природный эксперимент, который невозможно воспроизвести в лабораторных условиях.

Взгляд в будущее рифов

Доктор Катарина Фабрициус, ведущий автор исследования и коралловый эколог из AIMS, отмечает: «Эти уникальные природные лаборатории похожи на машину времени. Участки с высоким содержанием CO2 позволяют нам изучать пределы устойчивости рифов и делать прогнозы: как рифы справятся, если выбросы будут соответствовать целям Парижского соглашения? А что будет, если нет?»

Фабрициус впервые столкнулась с вулканическими пузырьками в 2000 году, когда изучала биоразнообразие коралловых садов. Позже она вернулась с командой учёных, чтобы проанализировать состав газа — оказалось, что это почти чистый CO2. Это стало началом десятилетних исследований того, как тропические морские экосистемы приспосабливаются или не могут приспособиться к всё более кислым условиям.

Как меняется жизнь на рифе

Учёные создали 37 исследовательских станций вдоль градиента — от участков без пузырьков, отражающих современную химию океана, до зон с интенсивным выделением газа, имитирующих условия, ожидаемые к концу века. Важно, что остальные параметры — температура, течения, освещённость и солёность — оставались неизменными, что позволило изучить именно влияние закисления.

На каждой станции измеряли, насколько вода благоприятна для образования карбоната кальция — материала, из которого кораллы и некоторые водоросли строят свои скелеты. Также фотографировали морское дно, подсчитывали молодые кораллы, оценивали структуру среды и собирали водоросли для анализа. Это позволило получить непрерывную картину изменений жизни на рифе по мере снижения способности организмов строить и поддерживать скелеты.

Постепенные, но заметные изменения

Результаты оказались неожиданными: не было резкого порога, после которого жизнь исчезает при определённой концентрации CO2. Вместо этого наблюдалось постепенное, последовательное изменение кораллового сообщества — и это было заметно даже при небольшом повышении уровня CO2 в воде.

Первые признаки изменений появлялись уже при незначительном снижении pH, в пределах, которые уже зафиксированы на многих рифах мира. Разнообразие как взрослых, так и молодых твёрдых кораллов быстро сокращалось, а наиболее чувствительные виды — ветвистые и пластинчатые кораллы, формирующие укрытия для рыб и беспозвоночных — исчезали уже при умеренном снижении pH и практически отсутствовали в наиболее закисленных зонах.

В то же время крупные округлые каменистые кораллы рода Porites проявляли удивительную устойчивость, что создавало ложное впечатление сохранности сообщества. Если исключить эти кораллы, картина становилась гораздо мрачнее.

Последствия для всей экосистемы

Доктор Сэм Нунан из AIMS подчёркивает: «Рифы Папуа – Новой Гвинеи показывают: с каждым увеличением CO2 кораллов становится меньше, а мясистых водорослей — больше. Мы также обнаружили гораздо меньше молодых кораллов, а значит, рифы не смогут быстро расти и восстанавливаться. Это влияет на все виды, зависящие от рифов, включая людей. Многие прибрежные сообщества зависят от рыб, начинающих жизнь на коралловых рифах».

Водоросли, которые обычно помогают скреплять и строить структуру рифа, также быстро исчезали по мере роста CO2 и в итоге пропадали совсем. Обычно они способствуют оседанию и росту молодых кораллов, поэтому их исчезновение усугубляет проблему. Некальцифицирующиеся водоросли, напротив, расширяли своё присутствие: бурые и красные водоросли покрывали морское дно, пользуясь свободным пространством и снижением конкуренции. Также увеличивалось количество губок. В целом риф превращался из сложной, построенной кораллами среды в более простое, плоское пространство, где доминируют водоросли.

Глобальные риски для морской жизни

Если рифы — это тропические леса океана, то CO2 превращает их из пышного, разнообразного ландшафта в открытые пастбища — что плохо для примерно 25% мировых рыб, зависящих от кораллов для укрытия, размножения, выращивания потомства и поиска пищи.

Фабрициус отмечает: «Изучая организмы на 37 участках вдоль 500-метрового градиента воздействия CO2, мы увидели, что происходит при его увеличении. Не было внезапного коллапса, вместо этого по мере роста CO2 мясистые водоросли становились доминирующими, вытесняя и подавляя кораллы и кальцифицирующиеся водоросли».

Значение исследования

Это исследование важно для прогнозирования того, как рифы по всему миру будут меняться по мере усиления закисления океана в этом веке и далее. В то время как обесцвечивание кораллов — вызванное повышением температуры воды — хорошо изучено, данных о влиянии закисления на уязвимые виды и последствиях для рыб и беспозвоночных, зависящих от рифов, гораздо меньше.

«Мы уже наблюдаем, как коралловые рифы начинают меняться в ответ на градиенты CO2 на Большом Барьерном рифе. Рифы Папуа – Новой Гвинеи показывают, что будет дальше. Чем больше CO2 мы выбрасываем в атмосферу, тем сильнее будут изменения коралловых рифов и прибрежных сообществ, зависящих от них. И это вдобавок к последствиям глобального потепления и повышения уровня моря», — говорит Фабрициус.

Она добавляет: «Закисление океана — огромная глобальная проблема, которая до сих пор была недостаточно изучена и освещена. Это исследование — первое в своём роде, оно даёт уникальные полевые данные и позволяет оценить, как меняются целые сообщества в реальных условиях».

Исследование опубликовано в журнале Communications Biology.