Изменение климата и связанные с этим изменения в атмосфере и в океане

Море

Океаны — это глобальная природная сила, основа голубой планеты, на которой мы живем. Они покрывают 71 % поверхности нашей планеты и составляют 95 % всего пространства, доступного для жизни. Они являются системой жизнеобеспечения Земли и всеобщим достоянием, предоставляющим нам много крайне необходимых вещей, начиная с пищи, которую мы едим и кончая кислородом которым мы дышим.

Океаны регулируют глобальный климат. Они определяют температуру и управляют погодой, определяя количество осадков, засуху, наводнения. Они также являются крупнейшим в мире хранилищем углерода. По некоторым оценкам, 83 % глобального углеродного цикла проходит через морские воды.

Мы видим, что взаимодействие между атмосферой и океаном меняется. Последствия этого заметны по всему миру. За последние 200 лет океаны поглотили треть CO2, образующегося в результате деятельности человека, и более 90 % дополнительного тепла, возникшего благодаря растущей концентрации парниковых газов.

Содержание:

Океан

I. Основные вопросы, рассматриваемые в статье

1. Океан и атмосфера являются взаимосвязанными системами. Изменение климата влияет на все эти системы. В частности, атмосфера и океан становятся теплее поскольку из всего накопленного Землей совокупного дополнительного тепла в период с 1971 по 2010 год океан поглотил около 93 %. В океане это потепление происходит как в поверхностных водах, так и в более глубоких слоях воды. Обмен теплом между океаном и атмосферой привел к изменениям в господствующих ветрах и таким явлениям, как Эль-Ниньо — южное ответвление экваториального течения, которое, в свою очередь, влияет на другие течения в океане.

2. Повышение температуры океанских вод, вероятно, повлияет на распространение, размножение и численность многих морских видов. Например, распределение видов рыб уже меняется в некоторых частях мира. Кроме того, коралловые рифы уже испытывают повторяющиеся явления обесцвечивания как реакцию на более высокие температуры, и последующее возможное разрушение рифов затронет промысел многих морских видов, которые там обитают. Более того, в более теплой морской воде станет больше более мелкого планктона с низким содержанием питательных веществ, а более крупного планктона, богатого питательными веществами, станет меньше, что приведет к непредсказуемым последствиям для морских пищевых сетей.

3. Океан также поглотил большую часть углекислого газа, выброшенного за последние десятилетия, что привело к беспрецедентному подкислению морской среды в разных частях мира. Помимо других эффектов, это снижает доступность карбонатных ионов для планктона, кораллов, формирующих рифы, и моллюсков для создания и их твердых структур. Промысел моллюсков, устриц скорее всего, сократится.

4. Уровень моря повышается. По сравнению с уровнями 1980-1999 г.г. ожидается среднее повышение на 1 м по сравнению с 2100 г.

Повышение уровня моря будет неравномерным по всему миру. Это, вероятно, приведет к затоплению и более частым приливным наводнениям в некоторых прибрежных странах. Усилится эрозия в прибрежных зонах.

5. Зоны эвтрофикации (переизбыток питательных веществ) и гипоксии (недостаток кислорода) увеличиваются в результате увеличения стратификации и уменьшения перемешивания в толще океанской воды. “Мертвые зоны” (зоны с недостаточным количеством кислорода для поддержания жизни) и зоны с низким содержанием кислорода также увеличиваются, затрагивая как организмы, которые живут в этих районах, так и рыбные промыслы, зависящие от них.

6. Полярного льда станет меньше или же он совсем исчезнет, что повлияет на рост ледовых водорослей, которые являются основным компонентом в арктических и антарктических пищевых сетях. Виды, зависящие от ледовых водорослей, такие как криль в Южном океане, будут подвергнуты негативному воздействию, как и многие виды, включая китов и промысловых рыб, которые питаются крилем. Открытие судоходства и другой человеческой деятельности в Арктике, вероятно, приведет к увеличению риска загрязнения региона.

7. В целом совокупное воздействие на морские пищевые сети и системы, скорее всего, будет значительным и непредсказуемым из-за различных темпов миграции морских видов, непредвиденных последствий изменений элементов экосистемы и изменений морских течений.

II. Изменение климата и связанные с этим изменения в атмосфере и в океане

Океан и атмосфера Земли связаны между собой в сложном процессе. Ветры, дующие над поверхностью океана, передают механическую энергию воде, создавая волны и течения. Океан выделяет энергию в виде тепла, что является одним из основных источников энергии для атмосферных движений. Тепло также передается из атмосферы в океан, вызывая повышение температуры воды. Аналогичным образом, происходит перенос газов между океаном и атмосферой, при этом углекислый газ поглощается океаном из атмосферы, а кислород выделяется из океана в атмосферу. Основные характеристики океана значительно меняются в результате повышения уровня углекислого газа в атмосфере и связанных с этим атмосферными изменениями.

A. Температура моря

Большая масса океана и высокая его теплоемкость позволяют ему накапливать огромное количество энергии, более чем в 1000 раз превышающее возможности атмосферы. Земля поглощает больше тепла, чем излучает обратно в космос, и почти все это избыточное тепло поступает в океан и накапливается там. В период с 1971 по 2010 год океан поглотил около 93 % от всего дополнительного тепла, накопленного атмосферой, морями, сушей и растаявшим льдом.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата подтвердила в своем докладе вывод о том, что глобальные температуры поверхности моря повысились с конца девятнадцатого века. Температура верхних слоев океана (примерно до глубины 700 м) варьируется в различные периоды, включая сезонные, межгодовые (например, связанные с Эль-Ниньо), десятилетние и столетние интервалы. Более заметно потепление происходит в северном полушарии, особенно в Северной Атлантике.

За последние три десятилетия примерно в 70 % прибрежных районах мира произошло значительное повышение температуры поверхности моря. Это сопровождалось ежегодным увеличением числа чрезвычайно жарких дней на 38 % береговой линии мира. Также в течение года значительно раньше происходило сезонное потепление примерно в 36 % прибрежных районах мира с умеренным климатом (между 30° и 60° широты в обоих полушариях).

Становятся теплее не только верхние слои океана, но потепление океана также было зафиксировано во многих глубоководных местах и особенно значительно в окраинных морях. В частности, имеются свидетельства того, что потепление в Средиземноморье в период с 1950 по 2000 год оказало влияние на его глубоководные сообщества, особенно затрагивающие кораллы холодной воды.

B. Повышение уровня воды в Мировом Океане

За последние два десятилетия среднемировой уровень моря ежегодно повышался на 3,2 мм. Примерно треть этого показателя обусловлена тепловым расширением в результате антропогенного потепления, вызывающего тепловое расширение океана. Оставшаяся часть приходится на притоки пресной воды с континентов, которые увеличились в результате таяния ледников и полярных континентальных ледяных шапок.

На региональные и местные изменения уровня моря также влияют природные факторы, такие как региональная изменчивость ветров и океанских течений, вертикальные перемещения суши (например, в результате движения тектонических плит) в сочетании с воздействием изменений в землепользовании и развитием прибрежных районов. В результате уровень моря в одних регионах повысится больше, чем в среднем по миру, а в других упадет. Потепление на 4 °C к 2100 году (которое прогнозируется в одном из сценариев для высокого уровня выбросов парниковых газов в докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата) приведет к концу этого периода к среднему повышению уровня моря почти на 1 м по сравнению с уровнем 1980-1999 годов.

Изменение климата и связанные с этим изменения в атмосфере и в океане
В октябре 2013 года в провинции Бохол, Филиппины произошло землетрясение магнитудой 7,2, в результате чего земля опустилась примерно на 1 метр. В сочетании с повышением уровня моря землетрясение имело катастрофические последствия для островов Батасан, Пангапасан, Убай и Билангбиланган, которые подверглись частичному или полному затоплению.

С. Подкисление вод океана

Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к увеличению поглощения этого газа океаном. Около 26 % увеличивающихся выбросов антропогенного диоксида углерода поглощается океаном, где он вступает в реакцию с морской водой с образованием углекислоты (H2СО3), процесс, известный как подкисление океана.

В химии, является ли жидкость кислой или основной (щелочной), измеряется по шкале рН: чем ниже показатель, тем более кислой является жидкость. На протяжении последних 25 миллионов лет средний показатель рН океана оставался довольно постоянным в пределах от 8,0 до 8,2 с учетом сезонных изменений и географического положения. Однако за последние три десятилетия наблюдалось снижение рН океана, и если выбросы углекислого газа сохранятся на нынешнем уровне, то, согласно модельным прогнозам, к 2100 году среднее значение рН в океане может достичь 7,8. Это значительно выходит за рамки среднего изменения рН за все время в недавней геологической истории. Более низкий уровень рН приводит к тому, что в морской воде становится меньше карбонатных ионов.

В целом, поскольку океан перемешивается медленнее, чем атмосфера, поглощение углекислого газа намного выше на самых верхних уровнях воды (примерно до 400 м), именно там где происходит наибольшая биологическая активность.

Более подробно об этом можно прочитать здесь

D. Соленость

Наряду с широкомасштабным потеплением океана происходят также изменения солености океана. Колебания солености океана во всем мире обусловлены различиями в балансе притока пресной воды (из рек, таяния ледников и др.), осадков и испарения, на которые влияют природные климатические явления и изменение климата. Повышение количества осадков вызовет увеличение поступления пресной воды и, следовательно, к снижению солености, в то время как меньшее количество осадков будет иметь обратный эффект.

Наблюдаемые изменения солености океана свидетельствуют о том, что районы с меньшим количеством осадков и более интенсивным испарением, такие как субтропические районы океана, стали более солеными, в то время как районы с большим количеством осадков и более низким испарением, такие как экваториальные воды в Тихом и Индийском океанах, стали менее солеными. Продолжающееся изменение солености океана, вероятно, окажет влияние на циркуляцию и стратификацию морской воды.

Е. Стратификация

Различия в солености и температуре между различными пластами морской воды приводят к стратификации — расслоению, образованию горизонтальных слоев морской воды с ограниченным обменом между ними. Увеличение степени стратификации в результате изменений температуры и солености было отмечено во всем мире, особенно в северной части Тихого океана, а в более общем плане, к северу от 40° С.Ш. Повышенная стратификация приводит к уменьшению вертикального перемешивания в толще океанской воды. Это уменьшение, в свою очередь, снижает содержание кислорода и питательных веществ в верхних поверхностных слоях, а также ослабляет способность океана поглощать тепло и углекислый газ, поскольку к поверхности, где происходит такое поглощение, поднимается меньше холодной воды.

F. Общая циркуляция вод Мирового Океана

Интенсивное изучение реакции океана на изменение климата привело к более четкому пониманию механизмов циркуляции океана. В результате изменений в нагреве различных частей океана также меняются закономерности распределения тепла по океану. Есть свидетельства того, что это приводит к изменениям в циркуляции атмосферы, что со временем может привести к сокращению переноса тепла из экваториальных областей к полюсам и в океанские глубины. Водные массы также движутся по-разному в районах над континентальными шельфами: например, подвижки в водных массах в заливе Святого Лаврентия способствовали, по крайней мере, частично, снижению в глубоководных слоях этого залива концентрации растворенного кислорода.

G. Последствия штормов и других экстремальных погодных явлений

Повышение температуры морской воды обеспечивает повышенной энергией штормы, развивающиеся на море. Общее количество штормов уменьшится, но они станут более интенсивными, хотя и будут отличаться друг от друга в разных районах мира. Существуют доказательства того, что наблюдаемое примерно с 1979 года расширение тропической зоны сопровождается сдвигом к полюсам широты, на которой происходят штормы с максимальной интенсивностью. Это, безусловно, затронет прибрежные районы, которые ранее не подвергались опасностям, обусловленных тропическими циклонами.

H. Снижение уровня растворенного кислорода (дезоксигенация или гипоксия)

Уровень растворенного кислорода в тропических зонах океана за последние 50 лет снизился, главным образом в результате потепления океана. Это привело к расширению областей с низким уровнем растворенного кислорода, причем как по горизонтали так и по вертикали. Прогнозируемые изменения температуры поверхности и в стратификации, вероятно, приведут к снижению поступления кислорода из атмосферы и уменьшению проникновения его в более глубокие воды.

В прибрежных водах низкий уровень кислорода в большей степени связан с поступлением органических веществ, биогенных элементов и других загрязнителей с суши и с неизбежными последствиями от этого загрязнения. Такие последствия также усиливаются с увеличением стратификации и сокращением циркуляции в результате потепления морской поверхности. Там, где течения, текущие из открытого океана, сталкиваются с узкими континентальными шельфами, богатая питательными веществами, но бедная кислородом вода может стопориться в прибрежных водах и создавать гипоксические зоны (зоны с пониженным содержанием растворенного кислорода) или даже мертвые зоны (зоны, в которых количество кислорода недостаточно для поддержания жизни, также называемые аноксидными зонами).

Примеры такого можно найти на западных побережьях Америки к северу и югу от экватора, на западном побережье Африки к югу от Сахары и на западном побережье Индийского субконтинента. Увеличение потока некоторых океанских течений может усилить этот эффект.

I. Ультрафиолетовое излучение и озоновый слой

Некоторые парниковые газы, особенно хлорфторуглероды, оказывают воздействие на озоновый слой в стратосфере. Озоновый слой в стратосфере Земли блокирует поступление большей части ультрафиолетового (UV) излучения, излучаемого солнцем в диапазоне UV-B (с длиной волны 280-315 нанометров). UV-B оказывает широкий спектр потенциально вредных воздействий, включая изменения в структуре и функциях планктонных сообществ и изменение азотного цикла. Следовательно, разрушение озонового слоя в стратосфере примерно с 1970-х годов – большая проблема.

Международные меры по борьбе с этим разрушением были приняты в соответствии с Монреальским Протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой (Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer), и ситуация, как представляется, немного стабилизировалась, хотя и с некоторыми вариациями из года в год. Из-за различий глубин, на которые проникает UV-B, еще предстоит достичь единой точки зрения относительно масштабов воздействия разрушения озонового слоя на чистое первичное производство и круговорот питательных веществ.

Однако было выявлено потенциальное воздействие ультрафиолетового излучения на наночастицы диоксида титана. Диоксид титана – это белый порошок, который широко используется в качестве отбеливающего агента. Он широко используется в белых красках и отделочной штукатурке, а также в косметике и солнцезащитных средствах. Его также добавляют в пластик, зубные пасты и бумагу, чтобы cделать их «светлее».

Диоксид титана распадается на наночастицы (до одной миллионной миллиметра). При воздействии ультрафиолетового излучения на такие наночастицы, диоксид титана становится биоцидом — веществом, уничтожающим живые организмы и, таким образом, может уничтожить фитопланктон.

III. Экологические и социально-экономические последствия изменения климата

A. Совокупное воздействие

Воздействие, вызванное изменением климата и связанными с ним изменениями в атмосфере, включая подкисление и обескислороживание, — это лишь часть того, чему подвержена глобальная морская среда.

Будущее морской среды будет определяться сложным взаимодействием всего спектра изменений и нагрузок на нее, в том числе и тех, которые обусловлены нерациональными методами рыболовства, загрязнением в результате судоходства, разработкой морского дна и добычей углеводородов, антропогенным шумом и промышленным развитием прибрежных районов, а также новыми нагрузками, такими как те, которые связаны с производством энергии из возобновляемых источников.

B. Изменения в продовольственной сети

Изменения в первичной продуктивности, вызванные изменением климата, неизбежно затронут пищевые сети. На каждом более высоком трофическом уровне последствия изменений в видовом составе и обилии для них пищи в нижних слоях пищевой цепи будут усложнять выживание животных и их воспроизводство. Как эти изменения в пищевой цепи затронут главных хищников, таких как морские рептилии, морские птицы и морские млекопитающие, в значительной степени неизвестно. Изменения среды обитания также повлияют на высших хищников: например, будут затронуты виды птиц, обитающих в мангровых лесах или добывающие пищу в зарослях морских водорослей.

Крокодил
Крокодил в мангровых зарослях в водно-болотных угодьях Сунгай Булох, Сингапур.

В соответствии с некоторыми сценариями изменения климата прогнозируется, что в ближайшее время может быть затронуто до 60 % нынешней биомассы,что приведет к нарушению существования многих экосистем. Например, прогнозируется, что у видов, сильно зависящих от температуры, таких как полосатый тунец и голубой тунец, значительно изменится их ареал обитания и воспроизводство.

Изменения были обнаружены во всех регионах. Например, в Северо-Западной Атлантике сочетание изменений в численности хищников, вызванных рядом факторов, включая перелов рыбы и перемену климата, являются основными факторами, которые привели к преобразованиям в составе видов, вплоть до полного видоизменения доминантов сообщества, например, преобладание тресковых видов сменится ракообразными.

Аналогичным образом, в Северо-Восточной Атлантике и Северном море в период с 1960 по 2009 год произошли заметные изменения в видовом составе планктона, находящегося на самом низком уровне пищевой цепи (например, разнообразие видов панцирножгутиковых увеличилось, в то время как их численность уменьшилась). Это объясняется совокупным эффектом повышения температуры поверхности моря и сдвигом розы ветров в течение летнего периода.

Виды фитопланктона в теплых водах, как правило, меньше и они менее продуктивны, чем в более холодных водах. По мере того как температура океана повышалась, наблюдалось, что эти виды распространяются в районы более высоких широт. Продолжающееся распространение этих видов приведет к биотическим изменениям в некоторых регионах открытого океана, например таких, как экваториальная часть Тихого океана. Кроме того, возросшая стратификация океана и связанное с этим уменьшение переноса питательных веществ из более глубоких слоев океана в фотическую зону (зону, в которую проникает солнечный свет в достаточной степени для поддержания фотосинтеза), как ожидается, вызовет значительные изменения в биологическом производстве.

C. Планктон

Фитопланктон и бактерии осуществляют большую часть первичной продукции, от которой зависят морские пищевые сети. Прогнозируемое повышение температуры верхних слоев океана, обусловленное климатом, в настоящее время вызывает изменения в сообществах фитопланктона. Это может оказать глубокое влияние на чистое первичное производство в течение следующих 100 лет.

Используя спутниковые технологии для изучения хлорофилла в 12 крупных океанских бассейнах, ученые установили, что в период с 1980 по 2012 год глобальное ежегодное первичное производство в океане сократилось на 6 %. В таких условиях рыбные запасы оскудевают, а перенос органического углерода, азота и фосфора на морскую глубину уменьшается, что приводит к угнетению морской жизни.

С другой стороны, по мере потепления верхних слоев океана ожидается расширение ареала азотфиксирующего планктона (диазотрофов). Это может увеличить фиксацию молекулярного атмосферного азота на целых 35-65 % к 2100 году, что приведет к увеличению чистой первичной продукции и, следовательно, к увеличению поглощения углерода, и некоторые виды с более высоким трофическим уровнем могут стать более продуктивными.

Баланс между этими двумя изменениями неясен. Переход к меньшему объему первичной продукции или изменения в структуре планктонных сообществ будут иметь серьезные последствия для продовольственной безопасности человека и поддержки морского биоразнообразия из-за разрушения пищевых сетей. Также ожидается изменение сроков весеннего цветения фитопланктона. Это также повлияло бы на морские пищевые сети, потому что многие виды синхронизируют нерест и развитие личинок с цветением фитопланктона и связанными с этим пиками обилия зоопланктона (микроскопические животные, которые питаются фитопланктоном и бактериями).

Массовое цветение фитопланктона
Фотография со спутника НАСА массового цветения фитопланктона у атлантического побережья Патагонии 21 декабря 2010 года. Два сильных океанских течения у берегов Аргентины всколыхнули красочную смесь плавающих питательных веществ и микроскопической растительной жизни. Там, где эти течения сталкиваются, образуются турбулентные вихри и завихрения, вытягивающие питательные вещества из глубин океана.

D. Морские водоросли и морские травы

На рост и выживание холодноводных морских водорослей, в частности ламинарий, влияют температура, соленость и уровень питательных веществ. Было замечено, что теплая, бедная питательными веществами вода влияет на фотосинтез, что приводит к снижению роста и повсеместному увяданию. Уже сообщалось о вымирании водорослей вдоль побережья Европы и южной Австралии, и это в значительной степени связано с последствиями изменений в составе морской воды.

Водоросли
Морские водоросли — термин, охватывающий макроскопические, многоклеточные, донные морские водоросли. Сюда входят представители красных, бурых и зеленых водорослей. Морские водоросли широко используются человеком для различных целей. Их употребляют в пищу,  используют для получения альгината, агар-агара и каррагинана, желатиновых веществ. Альгинаты используются в перевязочных материалах. Агар широко используется в микробиологических исследованиях в качестве питательной среды. Морские водоросли являются источником йода, необходимого для функционирования щитовидной железы. Экстракты морских водорослей используются в некоторых таблетках для похудения. Некоторые морские водоросли используются в качестве удобрения. Водоросли входят в качестве ингредиента в состав зубных паст, косметики и красок.

Изменения в распределении видов были отмечены в Северной Европе, Южной Африке и южной Австралии, причем ареал видов, устойчивых к теплой воде, расширяется в направлении полюсов. Эти изменения могут отрицательно сказаться на скалистых рифах и морском промысле видов в этих районах. Снижение популяции ламинарии уменьшит количество как пищевых продуктов, производимых из этих водорослей, так и других продуктов, используемых в различных отраслях промышленности, включая фармацевтику. Таким образом, пострадают общины, живущие за счет водорослей, и их экономика.

Заросли морских водорослей играют важную роль в защите береговой линии от эрозии, обеспечивая условия для роста животных, таких как рыба и беспозвоночные (например, креветки), которые в них обитают.

E. Мангровые заросли

Мангры
Мангровые леса в национальном парке Эверглейдс во Флориде, США (Everglades National Park in Florida).

Мангровые заросли преобладают в приливной зоне защищенных береговых линий в тропических и субтропических зонах океанов. Распределение мангровых зарослей связано с температурой воздуха и морской поверхности, так что они простираются примерно между 30° северной широты и между 28° южной широты в Атлантике и 38° южной широты в Тихом океане. Кроме того, их распространение дополнительно ограничено такими климатическими условиями, как отсутствие дождей и частота возникновения холодных погодных явлений.

Мангровые заросли важны в качестве мест размножения и яслей для многих видов рыб, для поглощения углерода, для регулирования климата, стабилизации береговой линии и защиты побережья, а также в качестве потенциального источника для производства фармацевтических препаратов, пиломатериалов и дров.

Мангровые заросли могут извлечь выгоду от потепления, расширив свой ареал обитания, поскольку районы к северу и югу от их нынешнего произрастания становятся теплее (хотя существуют верхние пределы температур, которые они могут переносить). Однако, поскольку мангры не могут жить в более глубоких водах, они уязвимы к повышению уровня моря. Это в особенности относится к островам с низким рельефом.

F. Кораллы

Обитатели коралловых рифов
Кипучая жизнь среди кораллов

Почти все кораллы в тропических и субтропических районах представляют собой симбиоз между коралловыми полипами, которые образуют твердые структуры, и фотосинтезирующими водорослями. Когда температура океана слишком высока, такие кораллы подвергаются стрессу и отторгают симбиотические водоросли, которые придают кораллу его цвет, что приводит к обесцвечиванию. Сильное, длительное или повторное обесцвечивание может привести к гибели коралловых колоний. Обесцвечивание может вызвать повышение температуры всего на 1-2 °C выше обычного местного сезонного максимума.

Хотя обесцвечиванию подвержены большинство видов кораллов, их термостойкость различна. Многие кораллы, подвергшиеся тепловому стрессу или обесцвечению, впоследствии погибают от болезней.

Обесцвечивание кораллов было относительно неизвестным явлением до начала 1980-х годов, когда произошел ряд локальных случаев обесцвечивания, главным образом в восточной части тропической части Тихого океана и в более широких районах Карибского бассейна.

Обесцвечивание кораллов
Обесцветившийся коралл

Повышение температуры за последние 25 лет ускорило обесцвечивание и массовую гибель кораллов. Повышенные температуры океана в 1998 и 2005 годах привели к массовому исчезновению кораллов на многих рифах, при этом практически не было признаков их восстановления. Глобальный анализ показывает, что этот негативный фактор нанес значительный ущерб большинству коралловых рифов по всему миру. Там, где имело место восстановление, оно было наиболее интенсивным на тех рифах, которые были хорошо защищены от антропогенного влияния.

Сравнение недавних и все более ускоряющихся событий теплового стресса с медленными темпами восстановления большинства рифов позволяет предположить, что вырождение в результате повышения температуры опережает восстановление. Последствия от обесцвечивания кораллов наиболее значительны, но коралловые рифы также деградируют в результате интенсивного рыболовства, загрязнения, увеличения замутненности (что препятствует попаданию солнечного света на кораллы и, следовательно, снижает продуктивность симбиотических водорослей) и другой деятельности человека, а также в результате повышения уровня моря и подкисления океана.

Утрата коралловых рифов может негативно сказаться на рыбных промыслах, защите прибрежных районов, экотуризме и других видах использования человеком коралловых рифов.

Современные научные данные и моделирование показывают, что большинство тропических и субтропических коралловых рифов, особенно на мелководье, будут страдать от ежегодного обесцвечивания, и к 2050 году в конечном итоге перестанут существовать. Это окажет не только сильное воздействие на малые островные развивающиеся государства и рыбаков, ведущих натуральное хозяйство в прибрежных районах, но и окажет существенное влияние на крупные страны, например на Большой Барьерный риф в Австралии и на острова Флорида-Кис в Соединенных Штатах.

Холодноводные кораллы только недавно были достаточно хорошо изучены, поскольку расположение в глубоких водах затрудняло их изучение. Однако ясно, что их рост ограничен как температурой, так и наличием карбонатных ионов: они не встречаются там, где вода теплее для их вида (за исключением некоторых видов в Красном море), и они не растут ниже горизонта насыщения карбонатом (уровень, ниже которого карбонат кальция (CaCO3) будет быстро растворяться).

Было доказано, что повышение температуры влияет на глубоководные сообщества в Средиземном море.

Подкисление океана является одной из распространенных угроз для многих видов этих кораллов. Поскольку состояние насыщенности карбонатом в морской воде зависит от температуры, в холодных водах оно намного ниже, поэтому холодноводные кораллы растут гораздо ближе к горизонту насыщения. По мере продолжающегося подкисления океана горизонт насыщения будет стремиться ближе к поверхности, тем самым подвергая большее количество холодноводных кораллов стрессовым условиям.

Холодноводные кораллы обеспечивают существование очень разнообразному сообществу, включающему биомассу животных организмов, на порядки превышающую биомассу близлежащего морского дна. В дополнение к этому сообществу, холодноводные кораллы также служат важными местами нерестилища, яслями, районами размножения и кормления для множества рыб и беспозвоночных. Поэтому нанесенный холодноводным кораллам ущерб будет иметь крайне негативные последствия.

G. Распределение рыбных запасов

По мере повышения температуры морской воды меняется распределение рыбных запасов и зависящих от них видов рыболовства. В то время как общая картина заключается в том, что косяки рыб движутся к полюсам и на большую глубину, чтобы оставаться в водах, соответствующих их температурным предпочтениям, картина ни в коем случае не является однородной, и для каждого вида является особенной. Повышение температуры воды также приведет к увеличению скорости обмена веществ и, в некоторых случаях, может повыситься разнообразие отдельных видов.

Как указывалось выше, потепление приведет к дезоксигенации и стратификации глубоководного океана. Это негативно скажется как на бентических (бентос — совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоёмов), так и на пелагических (зона моря или океана, не находящаяся в непосредственной близости от дна) экосистемах. В северной части Тихого океана снижение концентрации кислорода на средних глубинах повлияло на сокращение численности 24 видов обитающих в здешних водах рыб.

Однако изменение в распределении рыбных запасов часто является результатом воздействия ряда причин. Сокращение рыбных запасов часто обусловлено чрезмерным выловом рыбы, и зачастую бывает трудно провести различие между последствиями изменения климата и чрезмерным выловом рыбы. Это относится, например, к таким событиям, как исчезновение трески с Гранд-Бэнкс у берегов Канады и ее замена ракообразными, такими как омары, а также сокращение численности трески в Северном море и увеличение ее численности в Баренцевом море.

Очень важное значение в качестве источника пищи и дохода для людей, проживающих в тропиках, имеет маломасштабное рыболовство. В маломасштабном рыболовстве занято значительное число женщин, многие коренные народы зависят от этого промысла. Большинство людей, занимающихся маломасштабным рыболовством, живут в развивающихся странах и имеют низкие доходы.

Рыболовство на Филиппинах
Рыболовство на Филиппинах — это не просто отрасль промышленности, это образ жизни. Имея 7100 островов, Филиппины обладают самой длинной в мире прерывистой береговой линией. Более миллиона филиппинцев занимаются рыболовством. Из них, по оценкам, 800 000 являются мелкими рыбаками, использующими традиционные, недорогие методы, в частности ловлю сетями с небольших лодок и пляжей.

Рифовые рыбы составляют значительную часть улова этих мелких рыбных хозяйств, особенно в Тихом океане. В дополнение к последствиям из-за изменения температуры моря на обилие рифовых рыб влияет протяженность и состояние коралловых рифов. Мелкомасштабное рыболовство, вероятно, будет более уязвимым к последствиям изменения климата, чем крупномасштабное рыболовство, поскольку у него меньше возможностей для смены зон рыболовства.

По мере продвижения рыболовных промыслов в новые районы в поисках рыбных запасов возникнут новые риски для соответствующих экосистем. Например, сокращение Арктического ледяного покрова может привести к тому, что в районах, в которых ранее лов рыбы не производился, станут практиковаться промыслы с использованием донного траления.

Это, несомненно, приведет к изменениям в данных экосистемах.

Исследования возможных последствий изменения климата разрозненны и дают различные результаты, но по мере того, как климат океана продолжает меняться, все большую озабоченность вызывает производство продовольствия. Большая неопределенность в отношении будущего рыболовства оказывает влияние на социальную, экономическую и продовольственную безопасность, усложняя устойчивое управление.

H. Промысел моллюсков

Промысел моллюсков
Дражный промысел моллюсков.
Драга — конструкция, предназначенная для выкапывания и сбора ракушек. Она напоминает гребень, установленный на металлическом каркасе, который опускается на морское дно, погружает зубья на глубину 30 сантиметров и прочесывает мягкий грунт, собирая двустворчатых моллюсков в сетчатый мешок. Драга буксируется с низкой скоростью около 3 метров в минуту. После подъема и выгрузки на борт отбираются раковины только товарного вида и размера, разбитые и мелкие раковины выбрасываются за борт. Выбрасывается также то, что не является предметом лова: трава, камни, песок, почва. Прилов, а это другие ценные виды водных биологических ресурсов, также должен быть выпущен обратно в море.

Моллюски особенно восприимчивы к уменьшению количества растворенных карбонат-ионов в окружающей их воде, поскольку это препятствует их способности образовывать раковины из карбоната кальция. В некоторых частях северной части Тихого океана, где происходит сезонный подъем воды с низким рН, уже наблюдалось воздействие на формирование и рост раковин видов моллюсков. Это потребовало принятия специальных мер для сведения к минимуму воздействия на отрасли аквакультуры моллюсков.

По мере того как общий рН океана продолжает снижаться, ожидаются более масштабные изменения в экосистемах и, следовательно, воздействие на отрасли промышленности, которые связаны с добычей морских моллюсков. Подкисление океана распределено неравномерно, поэтому и воздействие будет неравномерным по различным регионам.

Кроме того, стратификация может привести к тому, что в придонных водах уровень растворенного кислорода будет недостаточным для жизни моллюсков, что также приведет к снижению эффективности добычи моллюсков.

К тому же, температура, соленость и другие изменения в океане также повлияют на распределение моллюсков в различных районах. Как и в случае с рыболовством, ход этих изменений крайне неясен и может нанести ущерб существующей аквакультуре моллюсков.

Повышение температуры морской воды в сочетании с высоким содержанием питательных веществ является одной из причин, которая влияет на увеличение токсических явлений, связанных с цветением некоторых видов фитопланктона.

Цветение фитопланктона
Цветение фитопланктона

Происходят случаи отравления людей, потребляющих зараженных моллюсков. Очень быстро (часто в течение 30 минут) возникают симптомы, которые могут включать паралич рук и ног, потерю координации движений, бессвязную речь, и часто приводят к летальному исходу. За последние три десятилетия наблюдалась повышенная частота такого токсичного цветения фитопланктона, особенно в прибрежных водах как западной, так и восточной Северной Атлантике.

I. Загрязнение биогенными веществами

Сток
Эвтрофикация (от др. греч. εὐτροφία — хорошее питание) — насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественных изменений в водоёме, так и антропогенного воздействия. Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации, — фосфор и азот. Основные антропогенные источники фосфора и азота: необработанные сточные воды (в особенности из животноводческих комплексов) и смыв удобрений с полей.

Чрезмерное антропогенное поступление биогенных веществ, особенно нитратов, с побережья в океан вызывает загрязнение этими веществами. Наличие высокого уровня питательных веществ, в частности соединений азота, может привести к цветению водорослей. Это происходит, когда есть достаточное количество солнечного света для фотосинтеза водорослей. После отмирания, их останки, постепенно разлагаемые бактериями, опускаются на дно. При этом, по мере погружения, бактерий становится всё больше. В конце концов разложение водорослей вызывает падение уровня кислорода в морской воде, поскольку бактерии, разлагающие останки водорослей, активно потребляют кислород, потому что тоже им дышат.

Потребляя кислород на дне, бактерии, продолжая разлагать останки водорослей, создают там гипоксические условия. Обитателям дна становится нечем дышать. Начинается гибель существ, которые дышали кислородом: сначала умирают те, кому больше всего нужен кислород. Отмирающие организмы тоже начинают поедаться бактериями — их становится все больше и больше, а кислорода все меньше и меньше. Это убивает уже менее чувствительных морских животных — их тоже поедают бактерии, и это третий каскад замора. Когда бактерий становится слишком много, а кислорода слишком мало, начинают отмирать те, кто способен закрыться в панцирях и жить практически без кислорода до нескольких дней, например, двустворчатые моллюски.

Рыба тоже погибает, так как дождь из умирающих водорослей идет на площади в несколько десятков квадратных километров в прибрежной зоне. Придонной рыбе некуда деваться — она не может так быстро мигрировать в другое место.

Усиление стратификации в результате изменения климата может усугубить такие проблемы.

Разложение водорослей также может усилить подкисление на местном уровне. Кроме того, гипоксические зоны или даже мертвые зоны (аноксические зоны) могут образовываться в результате подъема богатой питательными веществами воды под действием океанских течений. Такой подъем усугубит проблемы эвтрофикации прибрежных районов.

J. Затопление и эрозия прибрежных районов

Повышение уровня моря в результате потепления океана и таяния сухопутных льдов создает значительную угрозу для прибрежных систем и низменных районов по всему миру в результате наводнений, эрозии береговых линий и загрязнения запасов пресной воды. В значительной степени такие последствия неизбежны, поскольку они являются результатом уже идущих процессов, но они будут гораздо более разрушительными, если не будут приняты специальные меры по их нейтрализации.

Целым народам на низменных островах (включая Кирибати, Мальдивы и Тувалу) деваться от водной стихии некуда. Во многих прибрежных районах, особенно в некоторых низменных дельтах рек, очень высокая плотность населения. По оценкам, более 150 миллионов человек живут на суше, которая находится не более чем на 1 м выше нынешнего уровня моря, и 250 миллионов на высотах в пределах до 5 м от этого уровня. Из-за высокой плотности населения прибрежные города особенно уязвимы к повышению уровня моря наряду с другими последствиями изменения климата, такими как изменение характера штормов.

Мальдивы
Мале, столица Мальдив — один из городов, которым грозит перспектива быть затопленными океаном в XXI веке. Высота центра города над уровнем моря составляет всего лишь 2 метра. Источник

Повышение уровня моря также, вероятно, приведет к дополнительной береговой эрозии, когда существующие морские защитные сооружения будут повреждены, или когда береговые линии подвергнутся более частым штормам.

K. Таяние морского льда в высоких широтах и связанные с этим последствия

Высокоширотные экосистемы, покрытые льдом, содержат значительную массу биоты. Размер и природа этих экосистем делает их важными для биологического, химического и физического баланса биосферы. Биоразнообразие в этих системах приспособилось выживать как в экстремальных холодных, так и в сильно изменяющихся климатических условиях.

Моря высоких широт имеют относительно низкую биологическую продуктивность, и сообщества ледовых водорослей, уникальные для этих широт, играют особенно важную роль в динамике системы.

По мере уменьшения ледяного покрова моря эта продуктивность может еще более снизиться, а вот численность видов, обитающих в открытой воде, может увеличиться. Экосистемы высоких широт претерпевают изменения более быстрыми темпами, чем в других местах на Земле.

Лед
Эта фотография морского льда в море Ванделя (Wandel Sea) к северу от Гренландии была сделана 16 августа 2020 года с немецкого ледокола Polarstern. Раньше этот район оставался полностью покрытым льдом в течение всего года. Источник

За последние 100 лет средние температуры в Арктике выросли почти вдвое по сравнению со средними мировыми температурами. Последние научные прогнозы сходятся в том, что летний морской лед в Северном Ледовитом океане практически исчезнет к 2040 году, что подорвет всю экосистему, зависящую от морского льда. Сокращение морского льда затронет широкий спектр видов, обитающих в этих водах, особенно тех, которые используют ледяные районы для размножения, отдыха и кормления.

Белый медведь
Белый медведь прыгает по льдинам. 
Как обитатель Арктики, белые медведи живут в одной из самых холодных сред в мире. Обладают густой шерстью, покрывающей слой жира, благодаря чему комфортно себя чувствуют даже в самые лютые морозы. Источник

В южном полушарии антарктический криль (Euphausia superba) является ключевым видом, являющимся основной добычей для многих хищников, включая рыб, морских птиц, тюленей и китов. Поскольку обилие криля тесно связано с протяженностью морского льда и ледовых водорослей (чем больше морского льда, тем больше криля), любое изменение протяженности морского льда, вероятно, приведет к изменениям в пищевых сетях антарктических вод.

По мере потепления вод и уменьшения сезонной протяженности морского льда численность криля, вероятно, также уменьшится, в то время как численность более теплолюбивых водных видов, таких как сальпы, увеличится. Хотя многие хищники могут разнообразить свое меню как крилем, так и сальпами, качество пищи из сальп, намного ниже, чем из криля. Поэтому замена в Южном океане сообществ морского льда сообществами открытой воды, вероятно, окажет неблагоприятное воздействие на многие морские виды, для которых криль является важным источником пищи.

В последние десятилетия растет число судов, пересекающих арктические воды. Отступление полярного морского льда в результате потепления, связанного с изменением климата, означает, что в течение северного лета расширяются возможности для судоходства между Атлантическим и Тихим океанами вокруг севера Американского и Евразийского континентов. Маршруты через Арктику короче и могут быть более экономичными (экономия в размере 20-25 %), чем те, которые используются в настоящее время. Увеличение судоходства влечет за собой увеличение рисков загрязнения морской среды как в результате техногенных аварий, так и в результате потенциального проникновения неместных видов (инвазионных) из-за загрязнения корабельных корпусов и сброса балластных вод.

Очень низкая скорость, с которой бактерии могут расщеплять разлитую нефть в полярных условиях, и в целом низкий темп восстановления полярных экосистем означают, что ущерб от такого загрязнения будет очень серьезным. Кроме того, инфраструктура реагирования на аварии, имеющаяся в других океанских бассейнах, в настоящее время в значительной степени отсутствует в Северном Ледовитом океане, что препятствует принятию необходимых мер реагирования на возможные загрязнения с точки зрения логистики. Также увеличение со временем коммерческого судоходства через Северный Ледовитый океан и создаваемые ими шумы могут привести к вытеснению животных, в том числе морских млекопитающих, из существующих мест их обитания.

L. Коммуникационные риски

Подводный кабель
Подводные коммуникационные кабеля. В настоящее время 99 % трафика данных, который пересекает океаны, передается по подводным кабелям. Современные кабели используют оптоволоконные технологии для передачи широкого спектра цифровых данных. Общая пропускная способность подводных кабелей составляет несколько терабит в секунду, в то время как у спутников — только 1000 мегабит в секунду и более высокая задержка. Типичная многотерабитная трансокеанская подводная кабельная система стоит несколько сотен миллионов долларов.  В настоящее время подводные кабели соединяют все континенты мира (кроме Антарктиды).

Подводные коммуникационные кабеля всегда подвергались риску обрывов из-за подводных оползней, главным образом на краю континентального шельфа. По мере изменения распределения и интенсивности циклонов, ураганов и тайфунов, подводные районы, которые до сих пор были стабильными, под воздействием штормов становятся менее устойчивыми. Это может привести к увеличению числа подводных оползней и, как следствие, повреждению кабелей. В условиях растущей зависимости мировой торговли от цифровой передачи данных такое увеличение повреждений подводных кабелей, в дополнение к порывам, авариям, случающимся по другим причинам, таким как судовые якоря и донное траление, может привести к задержке или прерыванию связи, жизненно важной для мировой торговли.

IV. Заключение

Самая большая угроза океану исходит от неспособности быстро решить многочисленные проблемы, которые были описаны выше. Многие районы океана, подверглись серьезной деградации. Если эти проблемы не будут решены, существует серьезный риск того, что они в совокупности приведут к разрушению экосистемы океана.

Несмотря на то, что задача решения проблемы изменения климата кажется огромной, возможны решения, позволяющие обеспечить здоровье океану и минимизировать последствия изменения глобального климата.

Есть хорошее начало: более 100 стран, на которые приходится 90 % глобальных вредных выбросов, уже взяли на себя обязательства по изменению климата, чтобы сократить загрязнение углекислым газом. Мировые лидеры собрались в Париже в 2015 году, чтобы вместе разработать соответствующие шаги в связи с изменением климата. Решив эту задачу, человечество сможет обеспечить безопасность наиболее уязвимых мест в природе.

Международный фонд защиты природы (World Wide Fund For Nature – WWF) принимал и будет продолжать активно участвовать в этих переговорах по климату, призывая лидеров стран, субъекты хозяйствования и все людское сообщество предпринимать необходимые шаги для спасения нашей планеты.


Источник: THE IMPACTS OF CLIMATE CHANGE AND RELATED CHANGES IN THE ATMOSPHERE ON THE OCEANS

c-sin






Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *