Средиземное море настолько прогрелось, что формирует кристаллы карбоната

В быстро прогревающемся Восточном Средиземноморье вода расслаивается, как пирог. Это позволяет формироваться кристаллам, извергающим углерод. Если стоять на побережье Израиля и смотреть на Средиземное море, то можно увидеть тёмно-синие спокойные воды, которые тысячелетиями поддерживали людей.

Яростный солнечный свет нагревает верхний слой воды, которая находится в более прохладных и глубоких слоях ниже. В открытом океане, где температура воды ниже, CO2 растворяется в солёной воде, что позволяет земным морям коллективно поглощать четверть выбросов углерода, которые люди отправляют в атмосферу. Но по мере того, как летом восточная часть Средиземного моря нагревается, она больше не может поглощать этот газ и вместо этого начинает его выделять. То же самое происходит в бутылке газировки, насыщенной углекислым газом. «Обычно вы стараетесь держать бутылку холодной, поэтому растворённые газы останутся такими», — говорит Ор Бялик, геолог из Мюнстерского университета в Германии. «Если вы оставите её на некоторое время в своей машине и попытаетесь открыть, все газы выделятся мгновенно, потому что при нагревании способность жидкости удерживать CO2 снижается». Бум, шипение и месиво в руках…

В Восточном Средиземноморье эта динамика имеет гораздо большее значение для климата, чем липкий салон автомобиля, поскольку море начинает выбрасывать большое количество CO2, которое вода больше не может удерживать. И Бялик и его коллеги обнаружили, что эти нагревающиеся, стратифицирующие воды изобилуют второй проблемой углерода: команда недавно поймала кристаллы арагонита в отстойниках.

Арагонит — это форма карбоната кальция, которую океанические существа, такие как улитки, используют для построения своих раковин. За исключением перегревающегося Восточного Средиземноморья, арагонит формируется абиотически. Это ещё один признак того, что вода становится настолько тёплой, что высвобождает углеродные накопления. В этих горячих, неглубоких, стабильных водах жидкость наверху почти не смешивается с нижележащими более холодными слоями, в отличие от более глубоких частей океана, где апвеллинг приносит более холодную H2O. «Условия настолько экстремальные, что мы определённо можем генерировать карбонат кальция из этих вод химическим путём, что стало для нас своего рода шоком», — говорит Бялик, соавтор недавней статьи с описанием открытия в журнале Scientific Reports. (Он провёл исследование, работая в Университете Мальты и Университете Хайфы.) «По сути, это похоже на стакан, который стоит там очень долгое время, и этого времени достаточно, чтобы запустить реакции и начать генерировать эти кристаллы».

Этот процесс похож на эксперименты, которые некоторые, возможно, проводили в детстве с кристаллами сахара. Добавляя в воду кучу сахара, насыщаешь её. Ничего не происходило до тех пор, пока не поместить верёвку, что позволяло сахару осаждаться в виде жирных скоплений, которые цеплялись за верёвку. Точно так же, когда Средиземное море нагревается и расслаивается, оно насыщается карбонатом. Как именно протекают реакции арагонита, Бялик и его коллеги пока не могут сказать, но они могут начаться с зародышей, похожих на пылинки, сдуваемые с близлежащей земли, на которых слои арагонита выстраиваются в кристаллы — очень крошечную версию верёвки в сахарном растворе.

Стоит также отметить, что Средиземное море является одним из самых загрязнённых микропластиком водоёмов в мире: в 2020 году учёные сообщили об обнаружении 2 миллионов частиц на одном квадратном метре отложений толщиной всего 5 сантиметров. Образуются ли кристаллы арагонита вокруг плавающих в толще воды микропластиков, Бялик не знает. «Вероятно, они могут образоваться вокруг любого центра зародыша», — говорит он. «Я подозреваю, что микропластик также может быть возможным вариантом. Но, как любят говорить учёные, необходимы дополнительные исследования». Однако Бялик и его коллеги могут сказать, что при формировании этих кристаллов они выделяют CO2. Настолько, подсчитал Бялик, что на них приходится примерно 15 процентов газа, который Средиземное море выбрасывает в атмосферу.

По мере того, как море нагревается и теряет углекислый газ, как из-за воды, извергающей его, так и из-за размножения кристаллов, его кислотность фактически снижается. Это процесс, противоположный тому, который вызывает повсеместное закисление океана: по мере того, как люди выбрасывают в атмосферу больше CO2, океаны поглощают больше его, и последующая химическая реакция повышает кислотность. Подкисление затрудняет создание организмами, такими как кораллы и улитки (которые известны под общим названием «кальцификаторы») раковин или экзоскелетов из карбоната кальция. Но по мере того, как Средиземное море нагревается и выбрасывает поглощенный углерод обратно в атмосферу, оно становится более щелочным, обращая вспять это окисление.

Это должно быть здорово для кальцификаторов, верно? Не обязательно. «У многих из них есть определённые температурные диапазоны, в которых они могут строить свои раковины — не слишком жарко и не слишком холодно», — говорит Бялик. Таким образом, даже если море становится менее кислым по мере нагревания, тепло подвергает эти организмы другому стрессу. (Не говоря уже о стрессе от постоянного воздействия экстремальных уровней микропластика.) Неясно, образуются ли кристаллы арагонита в большем количестве мест по всему миру.

Учёным уже известно о «белильных событиях», когда карбонат кальция выпадает в осадок гораздо более очевидным образом, окрашивая воды вокруг Багамских островов и в Персидском заливе в молочный цвет. В Восточном Средиземноморье не было очевидных событий, связанных с путассой, которые могли бы указать на исследования Бялика и его коллег. Вместо этого они наткнулись на кристаллы в своих отстойниках. «Это несколько уникальная область с множеством условий, которые должны произойти, чтобы это сработало», — говорит морской химик Эндрю Диксон из Океанографического института Скриппса, который не участвовал в исследовании. «Вопрос в том, в какой степени эта среда действительно особенная или она распространена вокруг океанов? И у меня нет чёткой картины этого».

Возможно, условия в восточном Средиземноморье не повторяются во многих других местах, поэтому Диксон склоняется к мысли, что это может быть не особенно распространённым явлением. Но Бялик отмечает, что где бы это ни происходило, это может вызывать климатическую проблему: образование кристаллов арагонита может влиять на способность воды поглощать атмосферный CO2, тем самым мешая тому, как океан снижает уровень нагревающего планету газа. «Я не скажу, что мы полностью это понимаем и полностью понимаем, что этим управляет — когда он включается и когда выключается», — говорит Бялик. «Мы даже не думали, что этот процесс происходит в таких масштабах в открытых водах, в нормальных морских условиях. И поэтому нам ещё многое предстоит понять».