На віддаленому кораловому рифі поблизу Папуа-Нової Гвінеї з тріщин на морському дні в мілководдя підіймаються нескінченні потоки бульбашок. Це природне явище, що живиться підземною вулканічною системою, стало для науковців своєрідною кришталевою кулею, яка дозволяє передбачити, як зміни в наших океанах вплинуть на морське життя.
Команда дослідників з Австралійського інституту морських наук (AIMS) з’ясувала, що ці вулканічні бульбашки, які майже повністю складаються з вуглекислого газу (CO2), створюють локальні зміни в довкіллі, спричинені підвищеною кислотністю води. У міру того, як газ підіймається, він утворює видимі потоки бульбашок, які розчиняються в навколишній морській воді та змінюють її хімічний склад. Оскільки це відбувається поблизу коралових рифів у затоці Мілн-Бей в Папуа-Новій Гвінеї, вчені мають змогу спостерігати, як підвищений рівень CO2 у воді впливає на морське життя, що піддається його впливу. По суті, це жива, природна модель, яку неможливо відтворити в лабораторії. Папуа-Нова Гвінея – це острівна держава в Океанії, що вирізняється надзвичайною біорізноманітністю та багатою культурою, а її коралові рифи є осередком життя для тисяч морських видів. Затока Мілн-Бей, розташована на південно-східній околиці головного острова Нової Гвінеї, відома своїми мальовничими краєвидами та ідеальними умовами для дайвінгу.
Доктор Катаріна Фабриціус, старший автор дослідження та фахівець з коралів в AIMS, зазначила: “Ці унікальні природні лабораторії – як машина часу. Витоки CO2 дозволили нам вивчити межі толерантності рифів та зробити прогнози. Як коралові рифи справлятимуться, якщо викиди будуть відповідати цілям Паризької угоди? І що станеться, якщо ні?”. Паризька угода – це міжнародний договір, укладений у 2015 році, метою якого є обмеження глобального потепління шляхом суттєвого скорочення викидів парникових газів.
Десятирічне дослідження підводної лабораторії
Доктор Фабриціус вперше натрапила на вулканічні бульбашки, що підіймалися крізь коралові сади, ще у 2000 році, проводячи дослідження біорізноманіття. Багато років потому вона повернулася з командою науковців, щоб проаналізувати газ – тоді його ідентифікували як майже чистий CO2. Це стало початком десятиліття досліджень, які вивчали, як тропічні морські екосистеми адаптуються – або не адаптуються – до дедалі більш кислотного середовища.
Команда встановила 37 станцій вздовж цього градієнта – від ділянок без бульбашок, що відображають сучасну хімію океану, до ділянок з інтенсивним бульбашковим викидом, які імітують умови, очікувані наприкінці цього століття. Цінність цього місця полягає в тому, що всі інші умови залишаються незмінними – температура, течії, світло та солоність зберігаються на сталому рівні. Це дозволило дослідникам зосередитися виключно на впливі закислення. Окислення океанів – це явище, спричинене поглинанням надлишкового вуглекислого газу (CO2) з атмосфери океанічними водами, що призводить до зниження рівня pH води (збільшення її кислотності). Це ускладнює формування та підтримку вапнякових скелетів і оболонок для багатьох морських організмів, таких як корали, молюски та деякі види планктону.
На кожній станції дослідники вимірювали придатність води для утворення карбонату кальцію – матеріалу, який корали та деякі водорості використовують для побудови своїх скелетних структур. Вони також фотографували морське дно, підраховували молоді корали, оцінювали структуру середовища та збирали водорості для зважування та ідентифікації. Усе це дозволило їм створити безперервну картину того, як змінюється рифове життя, коли вода стає менш сприятливою для створення та підтримки скелетів.
Тривожні зміни в коралових спільнотах
Виявлені результати відрізнялися від деяких прогнозів про раптовий переломний момент, коли життя припиняє своє існування після досягнення певної концентрації CO2 у воді. Натомість науковці спостерігали стале, поступове перетворення коралової спільноти рифу – зміни, які були помітні навіть при незначному підвищенні рівня CO2 в навколишній воді.
Перші ознаки змін з’явилися вже при невеликому падінні pH, що знаходиться в межах, які вже зафіксовані на багатьох рифах по всьому світу. Різноманіття як дорослих, так і молодих твердих коралів стрімко знижувалося, а найбільш чутливі види – гіллясті та пластинчасті корали, які складають значну частину укриття для риб та безхребетних – постраждали найбільше. Вони почали зникати після помірного зниження pH і були майже повністю відсутні в найбільш закислених зонах.
Водночас одна група коралів – великі, круглі кам’янисті види Porites – продемонструвала дивовижну стійкість. Однак це, своєю чергою, маскувало справжнє зниження коралового покриву, створюючи хибне враження, що спільнота витримувала краще, ніж було насправді. Коли вчені виключили ці корали з аналізу, картина виявилася похмурою.
“Ці рифи Папуа-Нової Гвінеї говорять нам, що з кожним підвищенням CO2 ми бачитимемо менше коралів і більше м’ясистих водоростей”, – зазначив перший автор доктор Сем Нунан з AIMS. “Важливо, що ми також виявили набагато менше молодих коралів, що означає, що рифи не зможуть швидко рости та відновлюватися. Це має наслідки для всіх видів, які від них залежать, включно з людьми. Багато прибережних спільнот залежать від риби, яка починає своє життя, використовуючи коралові рифи для укриття та харчування”.
Водорості, які допомагають цементувати та будувати основу рифу, також швидко зменшувалися зі зростанням CO2 і зрештою повністю зникли. Ці водорості зазвичай допомагають молодим коралам осідати та рости, тому їхня втрата посилює занепад. Некальцифіковані водорості розширювалися в міру того, як вода ставала більш кислотною, з коричневими та червоними водоростями, що поширювалися по морському дну, насолоджуючись простором і зменшеною конкуренцією. Губки також збільшилися в достатку. Загалом риф перетворився зі складної, коралово-побудованої екосистеми на простіший, пласкіший, більш домінований водоростями простір.
Якщо рифи є тропічними лісами океану, то CO2, по суті, перетворює пишний, різноманітний ландшафт на відкрите пасовище – що також є поганою новиною для приблизно 25% світової риби, яка покладається на корали для укриття, розмноження, вирощування молодняка та пошуку їжі.
Масштаб проблеми та її вплив на майбутнє
“Вивчаючи організми на 37 ділянках вздовж 500-метрового градієнта впливу CO2, ми змогли побачити, що відбувається зі зростанням CO2”, – сказала доктор Фабриціус. “Не було раптового колапсу чи переломного моменту, натомість, у міру зростання CO2, ми спостерігали, як м’ясисті водорості ставали домінуючими, витісняючи та задушуючи корали та кальцифіковані водорості”.
Це дослідження є важливим для прогнозування того, як рифи по всьому світу змінюватимуться зі зростанням закислення океанів у цьому столітті та в подальшому. Хоча знебарвлення коралів – що відбувається через підвищення температури води – було добре задокументовано, даних про те, як закислення впливає на ці вразливі види та як ці зміни потім впливатимуть на риб та безхребетних, залежних від рифів, менше.
“Ми спостерігали, як коралові рифи починають змінюватися у відповідь на градієнти CO2 на Великому Бар’єрному рифі”, – зазначила Фабриціус. “Рифи Папуа-Нової Гвінеї говорять нам, що буде далі. Чим більше CO2 ми викидаємо в атмосферу, тим більшими будуть зміни для коралових рифів та прибережних громад, які від них залежать. Це на додачу до впливу глобального потепління та підвищення рівня моря”.
“Окислення океанів – це величезна глобальна проблема, яка досі була недооцінена та недостатньо висвітлена”, – додала вона. “Це дослідження є першим у своєму роді, що представляє унікальні польові дані та дозволяє нам оцінити, як цілі спільноти змінюються в реальному світі”.
Результати дослідження були опубліковані в науковому журналі Communications Biology.
