Древний углерод Арктики попадает в море, но морское дно удерживает большую его часть

Арктическая мерзлота хранит огромные запасы органического углерода. Когда вечная мерзлота тает, а береговая линия разрушается, часть этого углерода попадает в океан, где микроорганизмы могут разлагать его, выделяя парниковые газы, влияющие на климат.

Ученые из Института Альфреда Вегенера и MARUM — Центра морских наук об окружающей среде при Бременском университете изучили этот процесс вдоль побережья вечной мерзлоты Кикиктарюк (остров Хершель) в Канаде. Анализ кернов осадочных пород показал, что большая часть углерода с суши сохраняется в морском дне, а морские микроорганизмы ведут себя как «гурманы», предпочитая свежий углерод из океана более старому углероду из мерзлоты. Результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience.

В экосистемах вечной мерзлоты Арктики содержится около 1300 гигатонн органического углерода, еще 400 гигатонн хранятся в океанских отложениях и дельтах рек. По мере потепления климата Арктика нагревается быстрее других регионов, что приводит к таянию мерзлоты и разрушению берегов. Углерод, ранее запертый в почве, попадает в Северный Ледовитый океан через реки и береговую эрозию.

«Ежегодно в море поступает до 0,02 гигатонн, и по прогнозам, к 2100 году этот поток может вырасти на 70–150 процентов. Однако то, сколько из этого выбрасывается обратно в атмосферу в виде парниковых газов, а сколько хранится в морском дне, до сих пор было в значительной степени неизвестно», — говорит ведущий автор исследования доктор Мануэль Рубен из Института Альфреда Вегенера.

Исследователи собрали керны отложений с нескольких участков у побережья острова Хершель, содержащие слои материала, накопленного за примерно 50 лет. Результаты показали, что лишь относительно небольшая часть углерода, попадающего в океан, становится частью активного углеродного цикла. «Микроорганизмы превращают около десяти процентов органического углерода из отложений в газы, которые поднимаются в воду и могут попасть в атмосферу», — поясняет Рубен. Большая часть остального углерода остается захороненной в морском дне.

Ученые также проанализировали изотопный состав поровых вод, что позволило определить источник пищи микроорганизмов. «Изотоп углерода ¹³C говорит нам, потребляли ли они углерод с суши или из моря. С помощью изотопа ¹⁴C мы смогли определить, предпочитали ли одноклеточные организмы старый органический углерод из вечной мерзлоты или свежий органический углерод из остатков водорослей», — объясняет профессор Гезине Молленхауэр, геохимик из AWI.

Оказалось, что в отложениях обитают «бактерии-гурманы», которые явно предпочитают свежий углерод, например, из недавних остатков водорослей, «старому» углероду из отложений вечной мерзлоты. Поскольку микробы отдают предпочтение свежему морскому материалу, более старый углерод из тающей мерзлоты может вносить меньший вклад в уровень парниковых газов в атмосфере, чем опасались ученые. Однако исследователи предупреждают, что полная картина еще не ясна: «Часть органического углерода из вечной мерзлоты могла быть разложена еще до того, как достигла морского дна».

Движение углерода с суши в океан также может изменить химию и биологию прибрежных вод, влияя на пищевые ресурсы для местных сообществ. Осадки от береговой эрозии уменьшают количество солнечного света, попадающего в воду, что может повлиять на водоросли и всю пищевую цепочку, включающую рыб, ракообразных и тюленей. Исследователи планируют изучить эти связи в ходе международной кампании «Arctic Pulse», запланированной на 2027 год.

«Наше исследование показывает, более точно, чем когда-либо, сколько углерода безопасно хранится в морском дне — и какая часть разложенного материала на самом деле происходит из старой вечной мерзлоты. Это важная основа для климатических моделей, которые могут предсказать последствия таяния вечной мерзлоты для глобального климата», — заключает Мануэль Рубен.