Изменение гидрохимического климата Мирового океана – одна из причин глобального потепления

Изменения гидрохимического режима Мирового океана могут происходить в результате изменения объема и границ водных масс. Установлены изменения качества океанской среды как результат регионального или глобального изменения концентраций отдельных ее компонентов, не связанных с водными массами Мирового океана. Этот процесс получил название «гидрохимический климат Мирового океана» [1].

Наиболее ощутимыми для человечества являются изменения в Мировом океане концентраций: кислорода (определяющих наличие или отсутствие аэробной жизни в океане), биогенных элементов (определяющих биопродуктивность океана), ионов водорода (рН) (определяющих направление химических реакций выведение в осадок карбонатов ↔ растворение карбонатных отложений, влияющее на концентрацию в атмосфере Земли углекислого газа).

Изменения концентраций кислорода пока не актуальны, хотя 2,5 миллиарда лет назад в атмосфере Земли произошло резкое повышение концентраций кислорода, а 93 млн лет назад, в конце мелового периода, наоборот, в водах Мирового океана временно установились анаэробные условия.

Концентрации фосфатов в водах Мирового океана так же претерпевали значительные изменения. Можно предположить, что в меловой период в условиях отрицательных значений Еh - фосфориты донных отложений перешли в водную толщу, что, возможно, в последующем спровоцировало вспышку развития фитопланктона и, как результат, восстановление аэробных условий в Мировом океане.

Настоящее исследование посвящено изменению гидрохимического климата Мирового океана, проявившегося в последние годы снижением рH океанских вод. Десятилетиями ученые рассматривали процесс абсорбции окиси углерода океаном как положительное явление, сглаживающее эффект глобального потеплення.

Но атмосферный углекислый газ, потоки углекислого газа из литосферы, а также углекислый газ, образовавшийся в результате жизнедеятельности растений, изменяют собственное состояние океана. По оценкам Управления океаническими и атмосферными исследованиями США, за последние два столетия кислотность Мирового океана возросла на 0,1 ед. рН. В пресс-релизе National Center for Atmospheric Administration говорится о «драматическом изменении химии океана и угрозе кораллам и другим морским организмам, обладающим скелетными структурами». Если учесть, что фитопланктон океана производит почти половину всего атмосферного кислорода, то увеличение кислотности вод Мирового океана может нарушить баланс и в этой системе.

Hugo A. Loiciga, профессор географии из University of California at Santa Barbara, полагает, что океаны не изменят кислотность, так как они достаточно богаты карбонатами, чтобы восстановить равновесие. Речь идет, прежде всего, об арагоните, самой легкорастворимой форме карбоната кальция. Это значит, что поддержание рН на современном уровне будет осуществляться за счет растворения карбонатов океанских осадков путем возвращения океаном захороненного ранее углекислого газа в атмосферу.

65 миллионов лет назад в Мировом океане произошли изменения рН океанских вод. Именно тогда произошла массовая гибель динозавров. Второй раз кислотность океана заметно увеличилась 55 миллионов лет назад - тогда был отмечен резкий рост на 5ºС температуры земной поверхности, в атмосферу попали примерно 4,5 триллиона тонн метана и углекислоты. Этот выброс продолжался около 10 тысяч лет.

Важно отметить, что углекислый газ, растворяясь в воде, повышает ее кислотность, а кислые воды растворяют карбонаты, содержащиеся в донных отложениях, это сопровождается выделением из океанских вод в атмосферу углекислого газа, что приводит к лавинообразному типу протекания процесса растворения карбонатов. Процесс будет длиться до полного растворения карбонатного материала донных отложений. Так, донные отложения Черного моря толщиной в несколько километров состоят из карбонатного материала. Растворение карбонатов в конечном итоге может привести к увеличению глубины Черного моря. В Мировом океане глубже уровня карбонатной компенсации (на глубинах более 4 км) этот процесс завершился и донные отложения сейчас не содержат карбонатов. Дальнейшее растворение карбонатов будет сопровождаться падением уровня Мирового океана. Черному морю это грозит перекрытием Босфора и заполнением Черноморской впадины речными водами.

На XX1 Генеральной Ассамблее IAPSO [2] показано, каким образом в мае 1994 года произошло снижение рН на 0,4 единицы. В течение нескольких недель рН изменился с 8,0 до 7,6 [3]. Вместе с изменением рН снизились объемы растворенного газа, что свидетельствует об увеличении интенсивности разгрузки газов в свободной форме в виде пузырьков. На снижение рН могло повлиять выделение из литосферы углекислого газа. В августе зафиксировано активное выделение углеводородных газов от метана до гексана [3]. 13 августа 1994 года нами зарегистрированы бурные выделения метана в виде пузырей и у берегов Одессы [3], что свидетельствует о глобальном характере газообмена литосферы и гидросферы в рассматриваемый период. Эманации литосферных газов в этот период были обусловлены особыми ротационными условиями (минимумом угловой скорости вращения Земли) и, возможно, соответствующими изменениями ее фигуры [4].

Важно отметить, что при выделении углеводородных газов в Мировой океан из литосферы последние транзитом попадают в атмосферу, создавая парниковые условия природного происхождения. Наряду с газами осадочного чехла и мантийными газами, газами месторождений, метан и его гомологи могут выделяться при разложении газогидратов и кристаллогидратов Мирового океана в условиях увеличения геотермальных потоков тепла на морском дне, как это было 55 млн лет назад. Увеличение геотермических потоков тепла уже сейчас приводит к таянию вечной мерзлоты и выделению огромных объемов метана болотами Сибири. В результате геодинамических условий, по нашим измерениям в Одессе, выделения метана составляли до 50 м³ с 1м² морского дна в сутки.

Углекислый газ выделяется по разломам морского дна и может быть продуктом растворения карбонатов донных осадков в случае длительного направленного увеличения кислотности океанских вод. Именно этот процесс и фиксируется в настоящее время. В условиях продолжающихся поступлений углекислого газа из литосферы в придонные слои Мирового океана будет происходить поднятие к поверхности уровня карбонатной компенсации и растворение карбонатов сначала на глубинах 3 км, а затем и 2 км, что уже затрагивает карбонатные отложения и Черноморской впадины. За счет углекислого газа атмосферы будет происходить и растворение карбонатных отложений прибрежной зоны. Оба процесса ведут к появлению углекислого газа в атмосфере и к повышению среднеглобальной температуры. Это в конечном итоге ведет к разложению газогидратов океанского дна и усилит парниковый эффект. Однако в условиях прекращения эманаций углекислого газа на дне океана и в случае снижения концентраций углекислого газа в атмосфере начнется обратный процесс – отложение карбонатов в виде донных отложений, в первую очередь, морскими организмами.

Литература

1. Михайлов В.И. Исследование причин вариации гидрохимического климата Мирового океана на примере Черноморского региона / В.И. Михайлов, А.Б. Капочкин // Міжнар. наук. – практ. конф. «Екологічні проблеми Чорного моря», 2007 р., м. Одеса. – О., 2007. – С. 244-249.

2. Кapochkin B.B. The large anomaly pH in water near the Kamchatka in summer 1994 // XX1 General Assembly IAPSO, Honolulu, Hawaii 5 –12 august 1995. – Honolulu, 1995.

3. Михайлов В.И. Взаимодействие в системе литосферо-гидросфера: (моногрпафия) / В.И.Михайлов, А.Б.Капочкина, Б.Б.Капочкин. – О., 2008. –154 с. – В печати.

4. Геодинамика. Основы динамической геодезии / И.Л. Учитель, В.С.Дорофеев, В.Н. Ярошенко, Б.Б. Капочкин.– О.: Астропринт, 2008. – 312 с.