Ученые раскрыли загадку Черного моря: почему закись азота не достигает атмосферы

Розетка CTD на борту научного судна RV Poseidon. С помощью этого устройства ученые измеряют параметры окружающей среды и собирают пробы воды из глубоких слоев океана. Автор: Яна Милучка, Институт морской микробиологии Макса Планка

Микроорганизмы в Черном море производят большое количество мощного парникового газа — закиси азота (N₂O). Однако этот газ никогда не достигает атмосферы, поскольку быстро потребляется другими микроорганизмами, которые преобразуют его в безвредный газообразный азот (N₂). Ученые из Института морской микробиологии Макса Планка исследовали этот процесс и определили ключевых участников.

Закись азота, также известная как веселящий газ, является мощным парниковым газом, вносящим существенный вклад в глобальное потепление. Как важное озоноразрушающее вещество, она играет важную роль в регулировании нашего климата. Океаны являются основным природным источником N₂O. Однако наше понимание процессов, связанных с оборотом N₂O, все еще ограничено.

Исследование, проведенное учеными из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия) и опубликованное в журнале Limnology and Oceanography, позволило значительно улучшить это понимание, разгадав «загадку закиси азота в Черном море».

Из Черного моря почти не выделяется N₂O

В океане большие количества закиси азота в основном производятся в районах, где отсутствует кислород. В этих так называемых бескислородных водах микроорганизмы, способные производить этот газ, чувствуют себя как дома. Черное море является крупнейшим в мире бескислородным бассейном, где резервуар обедненной кислородом воды простирается от глубины 150 метров до более чем 2000 метров. Однако Черное море, по-видимому, выделяет очень мало N₂O.

«Для этого было две возможные причины, — объясняет первый автор Ян фон Аркс. — Либо производится мало N₂O, либо произведенный N₂O удаляется до того, как достигнет поверхности. Мы хотели изучить это, рассмотрев биологические процессы, участвующие в производстве и потреблении закиси азота, а также определить микроорганизмы, ответственные за оборот этого важного парникового газа».

Ян фон Аркс за работой на борту RV Poseidon. Автор: Яна Милучка, Институт морской микробиологии Макса Планка

N₂O никогда не достигает поверхности

Ученые отправились на научном судне RV Poseidon в западную часть Черного моря, чтобы взять пробы воды, оценить условия окружающей среды и провести серию экспериментов. Действительно, они обнаружили, что активный оборот закиси азота происходит в субоксической зоне Черного моря — зоне воды с малым содержанием кислорода, которая отделяет бескислородные глубинные воды от богатой кислородом поверхности.

«Различные микроорганизмы производили много закиси азота с помощью разных процессов. Однако это производство превосходилось восстановлением N₂O — то есть преобразованием N₂O в N₂ другим типом микроорганизмов, — объясняет фон Аркс. — Поэтому небольшие выбросы закиси азота из Черного моря, вероятно, являются результатом слабого, но устойчивого производства в богатых кислородом водах, где ему удается избежать потребления».

Малоизученный биологический фильтр для опасного газа

Микроорганизмы, восстанавливающие N₂O, действуют как эффективный фильтр, не позволяя этому мощному парниковому газу достичь атмосферы. Ученым из Института Макса Планка также удалось идентифицировать основные микроорганизмы, участвующие в этом процессе.

«К сожалению, в глобальном масштабе мы очень мало знаем о скорости восстановления N₂O в мировом океане, — говорит фон Аркс. — Таким образом, наша картина экологического цикла этого важного парникового газа остается неполной, и необходимы дополнительные исследования. Это особенно актуально в свете изменения климата». Из-за глобального потепления потеря кислорода океаном ускоряется, и прогнозируется, что в будущем объемы обедненных кислородом вод будут расширяться. В таких условиях можно ожидать увеличения выбросов закиси азота.

Ученые из Бремена в настоящее время исследуют аналогичные вопросы в различных средах с ограниченным содержанием кислорода. Сбор и анализ данных из многих контрастных сред позволит им получить более полную картину динамики закиси азота в морской среде.

Неопределенные времена для меняющегося океана

«Закись азота является третьим по распространенности парниковым газом и сильным озоноразрушающим веществом, которое сохраняется в атмосфере около 120 лет. Океан является важным природным источником N₂O. Следовательно, мы должны стремиться понять динамику его источников и стоков там. Мы надеемся, что наша работа поможет оценить реакцию производства N₂O в морских средах на текущее изменение климата», — заключает фон Аркс.

Больше информации: Jan N. von Arx et al, Nitrous oxide turnover in the suboxic zone of the Black Sea, Limnology and Oceanography (2025). DOI: 10.1002/lno.70182

Источник: Max Planck Society