Науковці з Інституту Альфреда Вегенера (AWI) та дослідницького центру MARUM при Бременському університеті отримали нові дані про долю органічного вуглецю, який роками був "замурований" у мерзлих ґрунтах Арктики. Дослідження, опубліковане в журналі Nature Geoscience, показує, що прибережні морські відклади здатні утримувати значну частину цього стародавнього вуглецю, не даючи йому перетворитися на парникові гази. Водночас автори наголошують, що результати не варто сприймати як привід для заспокоєння — процес лише частково контрольований, а клімат Арктики змінюється швидше, ніж будь-де на планеті.

Що зберігається в арктичній мерзлоті

За оцінками дослідників, у екосистемах арктичної мерзлоти накопичено близько 1,3 трильйона тонн органічного вуглецю — рештки рослинності та інших органічних решток, що замерзли тисячі років тому і відтоді залишалися практично незмінними. Ще приблизно 400 мільярдів тонн вуглецю вже перебуває в океанічних і дельтових відкладеннях річок, куди він потрапив унаслідок природних процесів попередніх епох.

Через прискорене потепління в Арктиці — регіоні, що нагрівається у кілька разів швидше за середньосвітові показники, — мерзлі ґрунти тануть, а берегова лінія руйнується під дією хвиль і підвищення температури води. Внаслідок цього дедалі більші обсяги давнього вуглецю вимиваються в прибережні морські води.

Як проходило дослідження

Команда вчених зосередилася на ділянці поблизу острова Кікіктарук, також відомого як Гершел-Айленд, у канадській частині Арктики. Це один із регіонів, де берегова ерозія відбувається особливо інтенсивно, а тому він є показовим для розуміння того, що відбувається з вуглецем після його потрапляння в море.

Дослідники відібрали керни донних відкладень і проаналізували ізотопний склад органічної речовини, що дало змогу відрізнити "свіжий" вуглець морського походження — наприклад, рештки водоростей — від набагато старшого вуглецю, вивільненого з мерзлоти. Такий підхід дозволив простежити, яка частка стародавнього матеріалу розкладається мікроорганізмами просто у воді чи придонному шарі, а яка залишається похованою в осадах морського дна.

Головний висновок: більшість вуглецю залишається під водою

Результати виявилися дещо несподіваними. Мікроорганізми, що населяють прибережні відкладення, віддають перевагу не стародавньому вуглецю з мерзлоти, а свіжішій органіці морського походження — зокрема рештками фітопланктону та водоростей. Це означає, що основна маса вуглецю, який надходить із суходолу, не одразу перетворюється мікробами на вуглекислий газ чи метан.

За підрахунками авторів дослідження, лише приблизно 10 відсотків органічного вуглецю, що потрапляє в прибережні відклади з мерзлоти, мікроорганізми перетворюють на гази, здатні згодом піднятися до поверхні води й потрапити в атмосферу. Переважна ж частина цього матеріалу лишається похованою на морському дні — принаймні на тому етапі, який досліджували вчені.

Керівник дослідження Мануель Рубен зазначає, що отримані дані дають набагато точнішу картину того, скільки вуглецю справді надійно "замкнено" в морському дні та яка частка розкладеної речовини походить саме зі старої мерзлоти. Це, на його думку, створює важливу основу для кліматичних моделей, які намагаються передбачити наслідки танення мерзлоти для глобального клімату.

Чому радіти зарано

Попри порівняно обнадійливі цифри, науковці застерігають від передчасних висновків. По-перше, дослідження охоплює лише одну конкретну ділянку арктичного узбережжя, тоді як умови в різних регіонах — від Аляски до сибірського узбережжя — можуть суттєво відрізнятися залежно від температури води, швидкості ерозії та складу самих відкладень.

По-друге, частина стародавнього вуглецю з мерзлоти може розкладатися мікроорганізмами ще до того, як досягне морського дна — наприклад, під час перебування в річках, естуаріях чи у товщі прибережних вод. Такий вуглець просто не потрапляє в підраховану вченими "поховану" частку, а отже, реальний внесок мерзлоти в парниковий ефект може бути більшим, ніж показують дані по донних відкладеннях.

Крім суто кліматичного аспекту, дослідники звертають увагу і на екологічні наслідки надходження матеріалу з суходолу. Розчинена органічна речовина та завислі частинки каламутять і затемнюють прибережні води, зменшуючи кількість сонячного світла, доступного для водоростей — основи морських харчових ланцюгів. А від стану цих екосистем прямо залежать риба, ракоподібні, тюлені та місцеві громади, які традиційно живуть із морського промислу.

Ширша картина: річки як прискорювач процесу

Дослідження AWI та MARUM доповнює нещодавню роботу вчених з Массачусетського університету в Амхерсті, які проаналізували десятиліття гідрологічних спостережень на півночі Аляски. Вони встановили, що річковий стік у регіоні зростає, річки несуть дедалі більше розчиненого органічного вуглецю, а сезон танення розтягується на пізню осінь.

Арктичні річки відіграють непропорційно велику роль у глобальному кругообігу води: попри те, що Північний Льодовитий океан містить лише близько одного відсотка загального об'єму світового океану, річки постачають до нього приблизно 11 відсотків усього прісноводного стоку планети. Це робить арктичні морські екосистеми особливо чутливими до змін, що відбуваються на суходолі.

Ключову роль тут відіграє так званий "активний шар" мерзлоти — верхній прошарок ґрунту, який щороку розмерзається влітку та знову замерзає взимку. У міру потепління клімату цей шар стає дедалі глибшим, що дозволяє більшій кількості підземних вод, насичених органічним матеріалом, потрапляти в річки, а звідти — в океан.

Що це означає для кліматичних прогнозів

Науковці підкреслюють, що отримані результати — важливий крок у розумінні "вуглецевого бюджету" Арктики, але аж ніяк не остаточна відповідь. Уточнені дані про те, яка частка вуглецю з мерзлоти безпечно осідає на морському дні, а яка перетворюється на парникові гази, дозволять точніше калібрувати глобальні кліматичні моделі та прогнозувати темпи потепління.

Водночас дослідники наголошують, що загальна тенденція лишається тривожною: чим інтенсивніше тане мерзлота і чим швидше руйнується арктичне узбережжя, тим більше стародавнього вуглецю потрапляє в морське середовище — а отже, навіть відносно невелика частка, яка перетворюється на гази, з часом може стати значним додатковим джерелом викидів у масштабах усієї планети.