Поверхня океану поглинає набагато більше вуглекислого газу, ніж вважалося раніше

Океани відіграють ключову роль у зниженні атмосферного вуглекислого газу (CO₂) і досі виступали гальмом для повного впливу зміни клімату. Поточні оцінки CO₂ з атмосфери, який зникає в океані, який зазвичай називають океанським поглиначем CO₂, свідчать про те, що близько 25% усіх викидів CO₂ людини поглинається океанами.

У нещодавній статті в журналі Nature Geoscience ми показали, що тонкий шар на поверхні океану, який називається «океанська шкіра», шар тонший за людську волосину, збільшує поглинання океаном CO₂ приблизно на 7%. Це звучить як невелика різниця, але це додаткове поглинання еквівалентно CO₂, що поглинається всіма тропічними лісами Амазонки щороку.

Це тривале надходження вуглецю в океан має негативні наслідки для здоров’я океану. Це повільно спричиняє підкислення океанів — оскільки морська вода поглинає більше CO₂, це змінює хімічний склад океану та знижує його pH, і це неможливо легко змінити. З 1990-х років вчені припускали, що холодніша шкіра підвищить поглинання CO₂ океанами. Таким чином, оцінки поглинання CO₂, які ігнорують цей ефект, були б неточними.

Відтоді дослідники температури поверхні моря показали, що шкіра океану трохи холодніша, ніж води трохи нижче. Ця поверхнева оболонка в середньому холодніша на ~0,17°C. Така зміна температури збільшує концентрацію CO₂ у цій крихітній частинці води. Це важливо, оскільки саме ця вода безпосередньо контактує з атмосферою.

Оскільки обмін CO₂ між океаном і атмосферою контролюється різницею концентрацій між поверхнею та шаром води, що знаходиться нижче, ця холодніша оболонка збільшує поглинання CO₂ в океан. Європейські дослідники підтвердили ці процеси, керовані концентрацією, у 2007 році. Вони використали обладнання, подібне до потужного мікроскопа з камерою, щоб візуалізувати концентрацію кисню в цих крихітних шарах у лабораторії. Останніми роками вплив поверхневого шару на глобальний вуглець в океані оцінювався за допомогою теорії, моделювання та супутникових спостережень, але досі ніхто фактично не вимірював цей вплив у морі.

Для проведення наших досліджень Європейське космічне агентство допомогло нам провести спеціальні вимірювання на борту двох дослідницьких кораблів, які беруть участь у щорічних наукових круїзах Atlantic Meridional Transect, які щороку приймають британські та міжнародні вчені. У 2018 році ми зібрали дані з нашого набору на борту королівського дослідницького корабля «Джеймс Кларк Росс», який пройшов приблизно 9000 миль (14 500 км) від Гарвіча на південному сході Англії до Порт-Стенлі на Фолклендських островах.

У 2019 році обладнання було встановлено на королівському дослідницькому кораблі Discovery, який відправився з Саутгемптона, Великобританія, до Пунтас-Аренас, Чилі. Це судно пропливло через дуже бурхливе море в Північній Атлантиці та поблизу Фолклендських островів, але побачило дзеркальний скляний океан без справжніх хвиль біля екватора, тому наші вимірювання відображали широкий спектр різних умов моря.

Вгору, вгору і геть?

Під час кожного рейсу було зроблено два набори вимірювань. Для одного набору вимірювань ми використовували мікрометеорологічну систему для вимірювання швидкості вітру та температури повітря в поєднанні з вимірюваннями атмосферного газу. У сукупності це відоме як «система вихрової коваріації», і вона відстежує, скільки газу CO₂ міститься в повітрі, що рухається вгору (від поверхні), на відміну від того, що рухається вниз. Це говорить нам про те, скільки CO₂ поглинається або викидається океаном.

Друга серія вимірювань брала проби води, зібраної з впускної труби на кораблі. З цього ми виміряли газ у воді та його температуру. Потім ми поєднали це з високоякісною тепловізійною камерою, яка вимірює температуру шкіри океану.

Разом обидва набори вимірювань повинні дати однаковий результат, якби шкіра океану не мала ефекту. Будь-які відмінності між ними показали, як шкіра океану впливає на поглинання CO₂ в океані. Точні оцінки CO₂, поглиненого океанами, мають вирішальне значення для розрахунку глобальних вуглецевих бюджетів. Ці бюджети кількісно визначають, як вуглець рухається в глобальних системах, і використовуються для визначення міжнародної політики щодо скорочення викидів.

Океан і атмосфера є двома основними резервуарами вуглецю, які можна точно спостерігати. Точна їх оцінка обмежує всі інші частини глобального вуглецевого бюджету та дозволяє нам оцінити те, що називається «залишковим бюджетом». Це визначає, скільки більше вуглецю може бути викинуто до досягнення певної кліматичної цілі. Важливо, що ми не можемо оцінити вуглець, поглинений усією сушею на Землі, не оцінивши попередньо вуглецю, поглиненого океанами. Таким чином, поглинання океаном CO₂, яке приблизно на 7% вище, матиме наслідки для всього глобального вуглецевого бюджету та пропускної здатності Землі для подальших викидів.

З наближенням кліматичного саміту ООН Cop29 в Азербайджані це дослідження допомагає точніше визначити проблему викидів CO₂. Експертам з питань клімату потрібно буде переоцінити глобальний вуглецевий бюджет, щоб відобразити наші нові висновки, і це додаткове поглинання океаном спричинить дисбаланс у бюджеті, потенційно вказуючи на те, що наземний поглинач вуглецю є меншим, ніж вважається на цей час, тому менш ефективним у видаленні атмосферні викиди.

Те, що океани поглинають більше викидів вуглецю, ніж вважалося раніше, звучить позитивно. Але ці новини означають, що зміна клімату разом з іншою людською діяльністю, наприклад надмірним виловом риби та забрудненням, посилює тиск на стан океану. Це також може означати, що здатність суші поглинати CO₂ була переоцінена, і що більше уваги слід приділяти збереженню екосистем океану.

У міру того, як потреба скорочувати викиди та досягати цілей скорочення зростає, уявлення про те, як працює шкіра океану, допоможуть вченим зрозуміти, як океан реагує на наші викиди. На жаль, це нікого не звільнить.