Что такое мертвая зона океана
Откуда в океане мертвые зоны и чем они опасны для нас с вами
В новом исследовании ученые предупреждают, что наши оценки «мертвых зон» Мирового океана могут быть крайне заниженными из-за вводящей в заблуждение биологической обратной связи в форме «темного» углерода. Анаэробные организмы, живущие в таких зонах, все еще могут переваривать темный углерод без помощи солнечного света. Поскольку они потребляют углерод в качестве топлива даже в отсутствие солнечного света, меняют наше понимание того, где находятся мертвые зоны, а также знания об общем количестве углерода в океане.
Аравийское море – рекордсмен по размеру мертвой зоны: на территории, превышающей по площади штат Флорида, полностью отсутствует кислород. Загрязнение океана отходами жизнедеятельности человека приводит к появлению в воде новых химических компонентов. Флора и фауна не успевают адаптироваться к таким условиям и вымирают, а выживать получается лишь у анаэробных бактерий (то есть тех, которым для жизни не нужен кислород). Еще одни рекордсмены по части живучести – это микроскопические водоросли. Их так много, и они так быстро приспосабливаются к новой среде, что стали отличными индикаторами. Взглянув на состав водорослей, ученые могут довольно точно сказать о том, чем загрязнена вода в данном регионе.
Именно водоросли и стали причиной постоянного расширения мертвых зон. Они потребляют кислород, а поскольку зараженный водорослями водоем сам собой не очистится, их становится все больше. Больше водорослей = шире мертвая зона. Изучать такие зоны непросто, однако недавно ученые столкнулись с одним удивительным обстоятельством.
Что скрывает «пустыня» в глубинах Тихого океана: мертвая зона
Речь идет о сердце так называемогоЮжно-Тихоокеанического круговорота, которое вмещает «океанический полюс недоступности». Иначе его называют «точка Немо», и славится она тем, что это самое настоящее кладбище космических спутников. Однако кроме груды ржавого металлолома эти воды таят в себе множество удивительных явлений.
Несмотря на то, что он занимает 10% поверхности океана, Южно-Тихоокеанский круговорот (SPG) — самая большая из пяти гигантских систем земных течений — обычно считается «пустыней» с точки зрения морской биологии. Все дело в ряде факторов, сильно затрудняющих жизнедеятельность: расстояние от морского дна до поверхности и суши, которые являются основным источником питательных веществ; мощные потоки течения, которые буквально изолируют сердце круговорота от остальной части океана; а также высокий уровень ультрафиолетового облучения.
Эту загадочную пустошь очень сложно изучить, так что на самом деле науке почти ничего не известно о том, что таят ее глубины – и это при площади в 37 миллионов квадратных километров! Но даже тех крох знаний, что все-таки сумели добыть морские биологи, хватило для настоящего фурора в научной среде.
Во время шестинедельной экспедиции на немецком исследовательском судне FS Sonne с декабря 2015 года по январь 2016 года экипаж, возглавляемый Институтом морской микробиологии им. Макса Планка, совершил 7000-километровое путешествие через SPG из Чили в Новую Зеландию. В пути они отобрали популяции микробов в удаленных водах на глубине от 20 до 5000 метров, используя недавно разработанную систему анализа, которая позволила исследователям упорядочить и идентифицировать органические образцы всего за 35 часов.
«К нашему удивлению, мы обнаружили примерно на треть меньше клеток в поверхностных водах южной части Тихого океана по сравнению с океаническими круговоротами в Атлантике», рассказал один из исследователей, микроэколог Бернхард Фукс. «Вероятно, это было самое низкое количество клеток, когда-либо измеренное в поверхностных водах океана на всей Земле».
Среди обнаруженных командой микробов 20 основных бактериальных видов были доминирующими. В основном это были организмы, с которыми ученые сталкивались в других системах круговоротов, таких как SAR11, SAR116, SAR86, Prochlorococcus и т.п. Распределение этих сообществ микробов в значительной степени зависело от глубины воды и основывалось на таких факторах, как изменения температуры, концентрации питательных веществ, а также от наличия света.
Одна из идентифицированных популяций, называемая AEGEAN-169, была особенно многочисленной в поверхностных водах SPG, тогда как предыдущие исследования обнаружили их лишь на глубине 500 метров. «Это указывает на интересную потенциальную адаптацию к ультраолиготрофным водам [т.е. водам с низкой биологической продуктивностью] в условиях высокой солнечной освещенности», пояснила одна из членов команды, микробиолог Грета Рейнтджес.
В целом, выборка подтвердила, что SPG является «уникальной ультраолиготрофной средой обитания», где низкая доступность питательных веществ ограничивает рост специализированных олиготрофных организмов и существ, которые приспособились к «экстремальным физико-химическим условиям». Другими словами, SPG пока не может избавиться от своей «пустынной» репутации, но во всем этом отсутствии органики есть и яркая сторона: эти далекие, почти безжизненные воды, как говорят, являются самой чистой средой во всем Мировом океане.
Кто живет в огромной мертвой зоне посреди Тихого океана?
Есть на нашей планете места, которые на первый взгляд кажутся практически безжизненными. Это места вроде зон вечной мерзлоты, Антарктиды или пустынь. Тем не менее, в этих областях буквально «кипит» жизнь. Но есть и еще одна подобная область на нашей планете — гигантская мертвая зона, расположенная в Тихом океане. Очень долго считалось, что эта часть мирового океана практически не обитаема, однако же это далеко не так.
Что такое мертвая зона в Тихом океане
Эти примечательные воды находятся в самом сердце Южнотихоокеанского круга, в центре которого имеется, так называемый, океанический полюс недоступности. Здесь также располагается Точка Немо. Это точка, имеющая наибольшее удаление от какой-либо суши. Точка Немо известна также, как «кладбище космических кораблей», так как захороняя корабли здесь, риск нанести ущерб природе или людям минимален.
Несмотря на то, что океанический полюс недоступности известен людям достаточно давно, изучением его фауны ученые занимались крайне мало. И долгое время это место было чем-то вроде «морской пустыни».
Кто живет в огромной мертвой зоне
Не так давно группа немецких исследователей из Института морской микробиологии Макса Планка на борту судна FS Sonne совершила путешествие через эту зону с целью изучения того, кто же населяет таинственные воды. В общей сложности ученые прошли 4350 морских миль (около 7000 километров).
«К нашему удивлению, мы обнаружили большое количество бактерий в поверхностных водах южной части Тихого океана. При этом, их гораздо меньше, если сравнивать с другими частями Атлантики», — говорит один из исследователей, микробиолог Бернхард Фукс. «Вероятно, это самое низкое число микроорганизмов, когда-либо зафиксированное в поверхностных водах океана.»
Среди микробов, обнаруженных командой, доминировало 20 основных видов. Одна из выявленных популяций, которая привлекла наибольшее внимание исследователей — это AEGEAN-169. Во-первых, она оказалась самой многочисленной, а во-вторых эти бактерии обнаружили в поверхностных водах. При этом предыдущие исследования позволили найти их лишь на глубине в 500 метров.
«Это указывает на интересную особенность бактерий к адаптации. Микроорганизмы, которые раньше проживали на большой глубине, теперь могут обитать в поверхностных водах, приспосабливаясь к температуре и воздействию ультрафиолета.» — заявила один из членов команды, микробиолог Грета Реинтьес.
Полученные образцы проб также подтвердили, что океанический полюс недоступности является уникальной средой обитания, где организмы могут приспосабливаться к экстремальным физико-химическим условиям. При этом отдаленность и относительная недоступность для человека делает эти воды одними из самых чистых в мире, а значит изменения видов в них можно фиксировать в максимально естественных условиях без воздействия со стороны нашей цивилизации.
Еще больше интересных материалов вы можете найти на нашей страничке в Яндекс.Дзен.
Мертвые зоны океана: что это такое, причины, влияние
Сирачай Арунругстихай / Getty Images
Мертвая зона – это область океана с очень низким уровнем кислорода. В Мировом океане существует множество мертвых зон, в которых не может выжить большая часть морской флоры и фауны. Это океанический эквивалент жаркой пустыни с сокращенным биоразнообразием из-за экстремальных условий.
Хотя эти мертвые зоны могут образовываться естественным образом, подавляющее большинство из них связано либо с сельскохозяйственными методами на земле, либо с последствиями изменения климата.
Мертвые зоны – плохая новость для морского биоразнообразия, поскольку они эффективно разрушают экосистему в пострадавшем районе. Они также могут разрушить экономику, сказавшись на доступности морепродуктов как источника дохода и продовольствия. По оценкам, три миллиарда человек во всем мире полагаются на морепродукты как на основной источник белка. (1, 2)
Сколько существует мертвых зон?
Количество мертвых зон в океане может меняться из года в год, равно как и их размер и точное местоположение. По оценкам ученых, во всем мире существует не менее 400 мертвых зон, и ожидается, что в будущем это число будет расти (3). Самые большие мертвые зоны:
Общая протяженность мертвых зон во всем мире оценивается как минимум с Европейский Союз в 4 233 255 квадратных километров. (7)
Как образуется мертвая зона в океане?
Существует два основных способа образования мертвой зоны в океане:
Загрязнение
Наши водные пути подвержены риску загрязнения из широкого спектра источников, включая удобрения и пестициды от наземного сельского хозяйства. Другие загрязнители попадают в океан из ливневых и сточных вод.
По оценкам Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), 65% прибрежных вод и эстуариев вокруг континентальной части США подвержены избыточному содержанию питательных веществ в результате деятельности на суше. Поступление этих питательных веществ запускает процесс, известный как эвтрофикация.
Что такое эвтрофикация?
Эвтрофикация происходит, когда избыток питательных веществ попадает в водные пути, такие как океаны, реки, озера и эстуарии. Эти питательные вещества обычно поступают из коммерческих удобрений, вносимых в сельскохозяйственные угодья, но они также могут поступать с частных земель и таких загрязнителей, как сточные воды и ливневые воды. Если внесено слишком много удобрений, растения не смогут усвоить эти питательные вещества, и они останутся в почве. Когда идет дождь, удобрения смываются, попадая в водные пути.
Когда избыток питательных веществ от загрязнения, включая азот и фосфор, попадает в водные пути, они стимулируют рост водорослей. Поскольку одновременно растет большое количество водорослей, возникает цветение водорослей. Затем это приводит к падению уровня кислорода, что может создать условия, приводящие к образованию мертвой зоны.
Цветение некоторых водорослей, в том числе содержащих цианобактерии или сине-зеленые водоросли, также может содержать опасные уровни токсинов, после чего они классифицируются как вредоносное цветение водорослей. Эти цветы не только влияют на океан – их может выносить на берег, что представляет опасность для людей и животных, подвергающихся их воздействию. (8)
JTeivans / Getty Images
Когда цветение водорослей умирает, они начинают опускаться в более глубокие воды, где разложение водорослей увеличивает биологическую потребность в кислороде. В свою очередь, это удаляет из воды большое количество кислорода. Это также увеличивает уровень углекислого газа, что снижает pH морской воды.
Любые подвижные животные в этой обедненной кислородом или гипоксической воде уплывут, если смогут. Неподвижные животные погибают, и по мере того, как они разлагаются и потребляются бактериями, уровень кислорода в воде еще больше падает.
Когда концентрация растворенного кислорода падает ниже 2 мл на литр, вода классифицируется как гипоксическая. Области океана, подвергшиеся гипоксии, классифицируются как мертвые зоны. (9)
Изменение климата
Ученые предполагают, что существует множество различных переменных изменения климата, которые также могут влиять на формирование мертвых зон. К ним относятся изменения температуры, закисление океана, характер штормов, ветер, дождь и повышение уровня моря. Считается, что эти переменные действуют вместе, способствуя увеличению количества мертвых зон во всем мире. (10)
Более теплая вода содержит меньше кислорода, поэтому мертвые зоны могут образовываться легче. Эти более высокие температуры также уменьшают перемешивание океанов, которое может помочь доставлять дополнительный кислород в истощенные районы. (10)
Мертвые зоны могут формироваться сезонно, так как меняются такие факторы, как перемешивание водяного столба. Например, мертвая зона Мексиканского залива, как правило, начинает формироваться в феврале и рассеивается осенью, поскольку водный столб подвергается повышенному перемешиванию во время сезона штормов.
Дерек Лоу / Getty Images
Влияние мертвых зон
Хотя мертвые зоны были характерной чертой наших океанов на протяжении миллионов лет, они становятся все хуже.
Исследователи обнаружили, что за последние 50 лет уровень растворенного кислорода в открытом океане снизился на 2%. Ожидается, что к 2100 году уровень сократится на 3–4%, если не будут приняты меры по сокращению загрязнения океана, а также последствий изменения климата, таких как увеличение выбросов парниковых газов в атмосферу. (11)
Поскольку в океане образуются мертвые зоны, они могут повлиять на общее состояние этих вод, а также на животных и людей, которые на них полагаются.
Воздействие на окружающую среду
Рыбы и другие подвижные виды обычно выплывают из мертвой зоны, оставляя после себя неподвижные виды, включая губок, кораллов и моллюсков, таких как мидии и устрицы. Поскольку эти неподвижные виды также нуждаются в кислороде, чтобы выжить, они будут медленно умирать. Их разложение увеличивает уже существующий низкий уровень кислорода.
Гипоксия – недостаточный уровень кислорода – действует у рыб как эндокринный разрушитель, влияя на их репродуктивные способности. Низкий уровень кислорода был связан с замедленным развитием гонад, а также с уменьшением подвижности сперматозоидов, скорости оплодотворения, скорости вылупления и выживаемости личинок рыб. Моллюски, ракообразные и иглокожие менее чувствительны к низкому уровню кислорода, чем рыбы, но мертвые зоны связаны с замедлением роста коричневых креветок. (12, 13, 14)
Потеря кислорода в глубинах океана может привести к увеличению производства парниковых газов закиси азота, метана и углекислого газа. Во время смешивания океанов они могут достигать поверхности и высвобождаться. (15)
Исследователи также подозревают, что наличие мертвых зон может быть связано с массовой гибелью коралловых рифов в пострадавших районах. Большинство проектов по мониторингу рифов в настоящее время не измеряют уровень кислорода, поэтому влияние мертвых зон на здоровье коралловых рифов, вероятно, будет недооценено. (16)
Экономические воздействия
Для рыбаков, которые полагаются на океан как на источник средств к существованию, мертвые зоны создают проблемы, потому что им приходится отплывать дальше от берега, чтобы попытаться найти места скопления рыбы. Для некоторых небольших лодок такой дополнительный пробег невозможен. Дополнительные расходы на топливо и персонал также делают путешествие на большие расстояния непрактичным для некоторых лодок.
Более крупные рыбы, такие как марлин и тунец, чрезвычайно чувствительны к воздействию низкого содержания кислорода, поэтому могут покинуть свои традиционные рыболовные угодья или оказаться в более мелких поверхностных слоях с более богатой кислородом водой. (17)
По оценкам ученых NOAA, мертвые зоны обходятся индустрии морепродуктов и туризма США примерно в 82 миллиона долларов в год. Например, мертвая зона в Мексиканском заливе оказывает экономическое влияние на рыбную промышленность за счет повышения цены на более крупные коричневые креветки, поскольку они реже вылавливаются в мертвой зоне по сравнению с более мелкими креветками. (18, 19)
Самая большая мертвая зона в мире
Самая большая мертвая зона в мире находится в Аравийском море. Она охватывает 165 000 квадратных километров в Оманском заливе. Ученые выяснили, что основной причиной появления этой мертвой зоны является повышение температуры воды, хотя этому также способствовал сток сельскохозяйственных удобрений. (4)
Можно ли восстановить мертвые зоны?
Общее количество мертвых зон в океане неуклонно растет, и теперь их количество в четыре раза больше, чем в 1950-х годах. Количество прибрежных мертвых зон, основной причиной которых являются сток биогенных веществ, органических веществ и сточных вод, увеличилось в десять раз. (20)
Хорошая новость заключается в том, что некоторые мертвые зоны могут восстановиться, если будут приняты меры по контролю воздействия загрязнения. Мертвые зоны, образовавшиеся в результате изменения климата, может быть труднее устранить, но их размер и влияние можно уменьшить. (21)
Одним из хорошо известных примеров восстановления мертвой зоны является мертвая зона Черного моря, которая когда-то была самой большой в мире, но исчезла, поскольку использование дорогих удобрений резко сократилось после распада Советского Союза в 1991 году. (22)
Когда страны, окружающие Рейн в Европе, согласились принять меры, уровни азота, поступающего в Северное море, были снижены на 37%. (23)
По мере того, как страны начинают осознавать огромное негативное воздействие, которое могут иметь мертвые зоны, для уменьшения их возникновения принимаются различные меры.
Аквакультура моллюсков и удаление питательных веществ
Двустворчатые моллюски, такие как устрицы, съедобные моллюски и мидии, могут играть важную роль в удалении лишних питательных веществ, поскольку они фильтруют их из воды в процессе, известном как биоэкстракция.
Исследования, проведенные NOAA и EPA, показали, что выращивание этих моллюсков с помощью аквакультуры может не только улучшить качество воды, но и обеспечить устойчивый источник морепродуктов. (24)
Лучшие практики управления
Агентство по охране окружающей среды публикует стратегии снижения содержания питательных веществ, направленные на продвижение передовых методов снижения уровня азота и фосфора. Они различаются в зависимости от страны, но включают в себя такие действия, как ограничение уровней конкретных ингредиентов в удобрениях, внедрение соответствующих методов управления ливневыми водами и использование передовых методов ведения сельского хозяйства для уменьшения загрязнения водных путей азотом и фосфором. (25)
Также важны усилия по сохранению водно-болотных угодий и пойм. Эти места обитания помогают поглощать и фильтровать излишки питательных веществ до того, как они попадут в океаны.
Как вы можете помочь восстановить мертвые зоны океана
Наряду с действиями, предпринимаемыми на более широком уровне для уменьшения количества мертвых зон, есть также индивидуальные действия, которые мы все можем реализовать, чтобы добиться коллективных результатов. Вот что вы можете сделать:
Морской биолог, специалист по экологическому регулированию и научный писатель. Ранее она изучала антарктических рыб, водоросли и морскую прибрежную экологию. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
Мертвые зоны океана — ужасающие последствия деятельности человека
Самой популярной экологической проблемой современности является глобальное потепление. Но несмотря на то, что с каждым годом климат действительно становится все теплее, не все специалисты готовы напрямую связать это с влиянием человека: возможно, это всего лишь обычный для нашей планеты цикл потепления-похолодания.
В то же время гораздо более серьезная проблема остается недостаточно освещенной. Речь идет о так называемых мертвых зонах океана – огромных площадях воды с крайне низким уровнем кислорода, где не могут обитать крупные живые существа.
Впервые подобные зоны аквалангисты, работающие на глубинах, стали замечать во второй половине 20-го века. Морское дно, усеянное телами тысяч животных – моллюсков, крабов и рыб – производило угнетающее впечатление. Впоследствии такие зоны стали называть «мертвыми». На их границах живые существа, чувствуя недостаток кислорода, в спешке вынужденно мигрируют, оказывая влияние и на другие экозоны.
Мертвые зоны — отмечены красными точками
Исследования показывают, что с 1970-х из-за появления мертвых зон мировой океан потерял около 2% всего кислорода, что уже привело к исчезновению крупных морских животных в пораженных регионах. В ряде случаев отмечается значительное уменьшение размеров живых организмов, которые из поколения в поколение испытывают недостаток кислорода. Подобное негативно сказывается как на общем биоразнообразии, так и на рыболовстве, ведя к уменьшению благосостояния близлежащих регионов. На данный момент наибольшее количество мертвых зон находится в Балтийском море и Мексиканском заливе, но в последнее время их начинают фиксировать и в других точках земного шара.
Из-за чего мертвые зоны появляются в морях и океанах? Виноваты в этом практически бесконтрольно использующиеся человеком удобрения. Вместе с дождевой воды они попадают в реки, которые выносят эти вещества в моря и океаны. Оказавшись в воде, азотные удобрения вызывают бурный рост водорослей, что способствует взрывному росту микроорганизмов, питающихся этими водорослями. А чем больше микроорганизмов – тем меньше в воде кислорода.
По словам ученых, именно борьба с мертвыми зонами должна стать одним из основных приоритетов человечества в 21 веке. За последние 10 лет их количество увеличилось в 10 раз. Чтобы остановить потерю кислорода океаном необходимо как можно скорее модернизировать систему водоснабжения прибрежных сельскохозяйственных участков и снизить количество сбрасываемых в реки отходов. В тех немногих странах, где это уже сделано, наблюдается постепенное восстановление уровня кислорода в прибрежных водах.
Иллюстрация: depositphotos | kerenby