Команда под руководством Дэвида Клайна, научного сотрудника Смитсоновского института тропических исследований, задалась вопросом, что произойдет, если они понизят уровень pH на живом коралловом рифе. Используя управляемые компьютером импульсы углекислого газа (CO2), обогащенные морской водой, они смоделировали будущий сценарий изменения климата. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Ecology and Evolution, подчеркивают важность защиты живых кораллов.
Океан поглощает около половины углерода, образующегося при сжигании ископаемого топлива, что делает морскую воду более кислой. А согласно отчету ООН, к 2100 году кислотность океана может удвоиться. Но большая часть того, что известно о воздействии окисления океана на кораллы, получено в результате экспериментов в аквариумах.
«Мы хотели уйти от экспериментов в стеклянных ящиках и провести их на рифе в естественных условиях», - сказал Клайн. «Но мы никогда не думали, что различия будут такими разительными».
"В течение восьмимесячного экспериментального периода мы использовали около пяти баллонов с газом CO2 - таким, который производители безалкогольных напитков используют для добавления газировки в банки с газировкой. - сделать морскую воду более кислой», - сказал Клайн. «Наша подводная машина времени (также называемая системой обогащения свободным океанским углеродом или системой FOCE) использовала набор датчиков и дозирующих насосов для имитации будущих условий с высоким содержанием CO2 путем контролируемой подачи высокого содержания CO. 2 морской воды над живыми и мертвыми колониями Porites cylindrica в наших открытых экспериментальных лотках на рифовой равнине на полевой станции острова Херон Университета Квинсленда на Большом Барьерном рифе."
pH и температура обычно колеблются в течение 24 часов. Поэтому команда создала систему для увеличения CO2 на постоянную величину выше фонового уровня. Они чистили лотки, брали пробы воды и постоянно калибровали сети из 40 датчиков, чтобы убедиться, что они добавляют уровни CO2, предсказанные для будущего.
Как и морские раковины, скелеты кораллов состоят из карбоната кальция. А по мере того, как морская вода становится более кислой, скелеты кораллов медленнее накапливают карбонат кальция или даже растворяются, как мел в стакане уксуса.
«Использование системы FOCE - не единственный способ понять последствия закисления океана, это часть набора инструментов, но она дает нам реалистичные прогнозы», - сказал Клайн. «Плюс в том, что он генерирует непротиворечивую информацию о реальном рифе - при естественном освещении, пище, питательных веществах и условиях окружающей среды, когда кораллы подвергаются воздействию естественной экосистемы обитателей рифа. Минус в том, что это дорого и сложно настроить и запустить."
Результаты этого первого эксперимента FOCE на мелководном коралловом рифе были мрачными: как живые, так и мертвые кораллы серьезно пострадали от окисления океана. Скорость роста живых кораллов снизилась почти до нуля, а скорость растворения мертвых колоний почти удвоилась. Эти результаты показывают, что при прогнозируемых в будущем уровнях CO2 коралловые рифы начнут растворяться раньше, чем считалось ранее. Тем не менее, один из их выводов проясняет будущее рифов:
Коралловые скелеты, покрытые живой тканью, оказались гораздо более устойчивыми, чем мертвые кораллы, в этом реальном эксперименте, потому что они были защищены от сверлильных червей и других животных, которые питаются кораллами внутри коралловых скелетов, а также от морских ежей, рыбы-попугаи и другие биоэродерные организмы, живущие на внешней поверхности кораллов, которые быстро поедали мертвые кораллы.
«Огромная разница между судьбой живых и мертвых кораллов в естественной среде дает мне надежду», - сказал Клайн.«По мере того, как мы создаем морские заповедники и узнаем, как увеличить количество живых кораллов за счет восстановления рифов, мы создаем петлю положительной обратной связи, потому что живые кораллы будут расти в рифе и замедлять растворение».
Клайн работал с коллегами из Океанографического института Скриппса, Университета Квинсленда, Стэнфордского университета, OceanX, Университета штата Флорида, Института Карнеги и Еврейского университета в Иерусалиме.
"Было здорово работать вместе на острове Херон", - сказал он. «Это очень хорошо изученное место: люди проводят там исследования уже 100 лет. Многие из важнейших исследований коралловых рифов были проведены именно здесь». Теперь машина времени Клайна направляется на другой конец света, где он проверит, верны ли те же выводы на карибской исследовательской станции Бокас-дель-Торо Смитсоновского института в Панаме.
Смитсоновский институт тропических исследований со штаб-квартирой в Панама-Сити, Панама, является подразделением Смитсоновского института. Институт способствует пониманию тропического биоразнообразия и его важности для благосостояния человека, обучает студентов проводить исследования в тропиках и способствует сохранению окружающей среды путем повышения осведомленности общественности о красоте и важности тропических экосистем.