Повышение кислотности океанов угрожает коралловым рифам, затрудняя формирование скелета кораллами. Новое исследование выявляет детали того, как подкисление океана влияет на коралловые скелеты, что позволяет ученым более точно предсказывать, где кораллы будут более уязвимы.
Кораллы выращивают свои скелеты вверх к солнечному свету, а также утолщают их, чтобы укрепить их.
Новое исследование, проведенное учеными из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), показывает, что закисление океана особенно препятствует процессу утолщения, уменьшая плотность скелетов и делая их более уязвимыми для разрушения. Исследование было опубликовано сегодня (29 января 2018 г.) в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Наше исследование включает в себя нюансы роста кораллового скелета, что позволяет более точно прогнозировать, как, где и в какой степени подкисление океана повлияет на тропические кораллы, строящие рифы», - сказал Натаниэль Моллика, ведущий автор исследования. исследование и аспирант совместной программы MIT-WHOI по океанографии. В исследовательскую группу также входили Вейфу Го, Энн Коэн и Эндрю Солоу (WHOI), Куо-Фан Хуанг (Академия Синика на Тайване), а также Ханна Дональд и Гэвин Фостер (Университет Саутгемптона в Англии).
Исследовательская группа разработала численную модель, имитирующую этот подробный механизм роста скелета, и соединила его с прогнозируемыми изменениями pH океана (показатель его кислотности), вызванными глобальным изменением климата. Результаты показали, что снижение плотности коралловых скелетов произойдет на многих коралловых рифах. Воздействие будет особенно сильным в Индо-Тихоокеанском регионе, где к 2100 году плотность коралловых скелетов сократится на 20 процентов в некоторых частях Кораллового треугольника - области, ограниченной водами Индонезии, Малайзии, Филиппин, Папуа-Новой Гвинея, Восточный Тимор и Соломоновы острова. Авторы говорят, что кораллы в Карибском море, на Гавайях и в северной части Красного моря могут жить лучше, если только закисление океана приведет к снижению менее чем на 10 процентов..
«Это очень важное исследование определило конкретное влияние окисления океана на вид кораллов и смоделировало влияние будущих условий окружающей среды», - сказал Дэвид Гаррисон, директор программы биологической океанографии Национального научного фонда, которая финансировала крупную часть исследования, совместно с Фондом Робертсона и Океанографическим институтом Вудс-Хоул.
Коралловые скелеты состоят из арагонита, формы карбоната кальция. Кораллы выращивают свои скелеты вверх, укладывая пучки кристаллов арагонита друг на друга. В то же время они утолщают эти связки дополнительными кристаллами, что укрепляет скелеты и помогает им противостоять поломкам, вызванным течениями, волнами, штормами, а также сверлением и укусами червей, моллюсков и рыб-попугаев.
«Коралловые рифы - одна из самых разнообразных экосистем на Земле, имеющая огромную культурную, экологическую и экономическую ценность», - сказала Энн Коэн, ученый из WHOI и соавтор исследования. По ее словам, рифы сталкиваются с многочисленными стрессами, включая повышение уровня моря, изменение режима питательных веществ и повышение температуры океана, но в отличие от потепления океана, которое вызывает видимое обесцвечивание, воздействие окисления океана более коварно и трудно обнаружить, и поэтому его труднее предсказать..
Окисление океана вызвано повышением уровня углекислого газа в атмосфере, в основном из-за сжигания ископаемого топлива. Углекислый газ (CO2) поглощается морской водой, запуская химические реакции с образованием бикарбоната (HCO3-) и карбоната (CO). 32-) ионы. Коралловые полипы - крошечные живые коралловые животные с мягким телом - приносят в морскую воду, содержащую HCO3-, CO32- и кальций (Ca 2+) в «кальцифицирующее пространство» между его клетками и поверхностью существующего скелета. Они выкачивают ионы водорода (H+) из этого пространства, чтобы произвести больше ионов карбоната (CO32-), облегчая производство карбоната кальция (CaCO3) за свои скелеты. Но когда океаны поглощают излишки CO2, как это происходит сейчас, ионов HCO3- становится больше, но меньше CO32. - ионы в морской воде, затрудняющие сращивание скелетов кораллами.
Лабораторные эксперименты и полевые исследования, однако, были неоднозначными, показывая явное негативное воздействие закисления океана на рост скелета в одних случаях, но не в других. Новое исследование предполагает, что это несоответствие частично отражает недавно обнаруженную сложность роста кораллового скелета.
Чтобы проверить эту теорию, ученые взяли ядра скелетов одного из распространенных видов кораллов, образующих рифы, называемых Porites, в четырех местах: Палау, атолл Дунша в Южно-Китайском море, Зеленый остров у Тайваня и Сабога в Панаме., где условия морской воды охватывают широкий диапазон уровней pH и концентраций ионов карбоната. Они использовали 3D-сканер компьютерной томографии (КТ) для изображения скелетных ядер, которые показывают годовые полосы роста, очень похожие на кольца на дереве. На сканах они смогли различить и отдельно количественно оценить восходящие и утолщающиеся компоненты роста кораллов. Их анализ выявил последовательную корреляцию: скелеты кораллов в более кислой (более низкий pH и меньше ионов карбоната) водах были значительно тоньше. Однако они не обнаружили связи между восходящим ростом и концентрацией ионов карбоната.
Чтобы лучше понять эти процессы, исследователи изучили процесс роста кораллов и показали, что по мере снижения pH и содержания карбонатных ионов в окружающей морской воде снижается и концентрация карбонатных ионов в кальцифицирующемся пространстве кораллов. Следовательно, кораллы не могут производить столько арагонита, чтобы утолщать скелет. Кораллы продолжают инвестировать в рост вверх, но страдает «уплотнение» или утолщение. В результате кораллы в водах с более низким рН строят более тонкие скелеты, которые более восприимчивы к повреждениям от ударов волн или атак разрушающих организмов.
Исследовательская группа дополнительно проанализировала опубликованные данные о более чем 100 кернах скелетов кораллов Porites, взятых другими учеными во многих местах, где также известен химический состав окружающей морской воды. Анализ подтвердил предложенный командой механизм влияния химического состава морской воды на плотность коралловых скелетов.
Исследователи отмечают, что закисление океана не происходит изолированно и что другие изменения, такие как потепление океана, также влияют на рост кораллов.
«Наш следующий шаг - расширить нашу модель, включив в нее влияние нескольких факторов стресса на рост скелета кораллов», - сказал Вейфу Го, геохимик WHOI и ведущий исследователь исследования. «Знание деталей того, как различные аспекты изменения океана повлияют на кораллы, позволит нам количественно спрогнозировать траекторию рифообразующих кораллов в условиях изменения климата 21 века».