Нужно ли удобрять океан?

Леенсон И.А.
(«ХиЖ», 2018, №9)

pic_2018_09_44.jpg

Фото: flickr.com / rlonpine

Немецкий геофизик и метеоролог Альфред Лотар Вегенер (1880—1930) известен как создатель теории дрейфа материков, участник и руководитель экспедиций по исследованию Гренландии (он погиб во время последней экспедиции). В его честь названы кратеры на Луне, Марсе и Плутоне, а также научно­исследовательский Институт полярных и морских исследований в Бременхафене. Институту принадлежит научно­исследовательское судно «Поларштерн» (нем. «Полярная звезда). Широкую известность в конце первого десятилетия XXI века получил эксперимент сотрудников этого института по «удобрению океана». Они решили проверить, можно ли уменьшить парниковый эффект, вызванный углекислым газом, удобряя океан соединениями железа. Дело в том, что американский океанограф Джон Мартин (1935—1993) ранее показал, что для роста планктона в поверхностных слоях океана необходимы микроколичества железа. Планктон (от греч. πλανκτον — блуждающий) — это совокупность водных организмов, которые передвигаются не самостоятельно, а с потоками воды; в их число входят фотосинтезирующие диатомовые водоросли. Чем больше планктона, тем интенсивнее фотосинтез, тем меньше углекислого газа остается в атмосфере. «Дайте мне танкер с солью железа, — заявил Мартин, перефразируя известное высказывание Архимеда, — и я верну на Землю ледниковый период!»

Теорию Мартина подтвердило мощнейшее извержение вулкана Пинатубо на севере Филиппин, которое произошло в несколько этапов в июне 1991 года и погубило не менее 845 человек. Пыль и пепел из вулкана поднялись в атмосфере на десятки километров, последствия извержения ощущались во всем мире. По оценкам, с пеплом в океан попало 40 тысяч тонн железа. При этом снизилось содержание углекислого газа, растворенного в воде, что должно было привести к дополнительному его поглощению из воздуха. Отсюда следовало, что внесение в океан недостающего железа приведет к бурному размножению планктона, который будет поглощать из воздуха все больше углекислого газа, что уменьшит, а возможно, и обратит вспять глобальное потепление на планете! Как считал Мартин, естественного поступления железа в океан недостаточно. Хотя реки и ветры с пустынь ежегодно выносят в моря и океаны 850 млн тонн железа, этот биоэлемент находится в основном в нерастворимом, а следовательно, неусвояемом виде.

Мартин инициировал проведение в 1993 году эксперимента IronEx­I по удобрению океана растворимым в воде соединением железа. К сожалению, он ушел из жизни, не дождавшись результатов. А они как будто были убедительными: после того как к западу от Галапагосских островов в воду на площади 60 кв. км вылили раствор железного купороса, в течение недели планктон заполнил поверхностные воды, наблюдалось увеличение уровня хлорофилла и биомассы фитопланктона, а также эффективности фотосинтеза в обогащенных железом водах. Однако понижение концентрации углекислого газа в воде оказалось на порядок меньше по сравнению с тем, на что рассчитывали исследователи.

В последующие годы было поставлено еще несколько подобных экспериментов, в разных частях Мирового океана и в меньших масштабах. Один из них провела в начале 2009 года на корабле «Поларштерн» группа из 49 индийских и немецких исследователей. Он был назван LOHAFEX, от loha (железо на хинди) и англ.  Fertilization EXperiment («эксперимент по удобрению»). В южной части Атлантического океана в холодные антарктические воды на площади 300 кв. км в течение двух с половиной месяцев внесли 20 тонн сульфата железа, содержащего (с учетом примесей) 6 тонн железа в растворимой форме. Для эксперимента выбрали участок океана с преобладанием вертикальной циркуляции воды, иначе течения быстро распределили бы вещество по огромной территории. В результате содержание хлорофилла в воде увеличилось в два-­три раза, и это была заметно даже из космоса. Хлорофилл синтезировался в основном пикофитопланктоном — крохотными синезелеными водорослями и цианобактериями размером всего 0,2—2 мкм. Однако эти клетки быстро поедает зоопланктон. 

Существовала и более важная причина, из-­за которой не обнаружили заметного снижения концентрации углекислого газа в воде. Эксперимент проводили в водах с малым содержанием кремния. Это сильно ограничило рост диатомовых водорослей, панцирь которых состоит из SiO2. В целом же эксперименты показали, что для успешного фотосинтеза планктоном действительно необходимо присутствие в воде ионов железа. По разным оценкам, 1 кг железа в растворимой форме, в зависимости от условий, может в принципе способствовать изъятию из атмосферы от 3 до 83 тонн углекислого газа.

Понятно, что эти опыты вызвали ожесточенные протесты активистов Гринписа. Даже некоторые ученые высказались против продолжения таких масштабных экспериментов, и для этого у них были основания. Помимо ожидаемого снижения концентрации углекислого газа в атмосфере, результатом такого «подстегивания» жизнедеятельности в океане может стать чрезмерное размножение планктона, причем его последующее отмирание вызовет резкое снижение содержания кислорода в воде. А это, как известно на примере континентальных водоемов, в которых размножились водоросли, приводит к замору — массовой гибели рыб, вызванной недостатком кислорода в воде. Другим очень неприятным последствием может стать размножение в воде микроорганизмов, выделяющих яды (см. статью «Яды и токсины» в «Химии и жизни», 2001, 7). Известно, что самые ядовитые небелковые токсины были выделены именно из морских организмов. Так, некоторые одноклеточные жгутиковые в составе планктона (динофлагелляты) синтезируют исключительно ядовитые майтотоксин (LD50 = 0,05 мкг/кг!) и сигуатоксин (LD50 = 0,35 мкг/кг). Размножение этих одноклеточных сопровождается массовой гибелью рыб и других морских организмов, а также массовыми отравлениями людей, употребляющих в пищу морепродукты (яды накапливаются в рыбах и моллюсках).

pic_2018_09_44-1.jpg

Домоевая кислота

Но и это не все. Некоторые диатомовые водоросли в подходящих условиях вырабатывают еще один сильный яд — домоевую кислоту. Отмечены массовые отравления морских животных домоевой кислотой на побережье Калифорнии. При попадании в организм человека домоевая кислота вызывает потерю кратковременной памяти и повреждения головного мозга, вплоть до смертельного исхода. «Удобрение океана» может привести к неконтролируемому росту диатомовых водорослей. Если такое произойдет в массовом масштабе, это сделает невозможным рыбный промысел в океане. Как сказал канадский океанолог профессор Чарльз Трик: «Люди, думая, что они хорошо понимают закономерности процессов в природе, на самом деле знают о них очень мало. Существует большая неопределенность в отношении любого более­менее масштабного эксперимента с природными экосистемами, которые мы ставим».

pic_2018_09_45.jpg



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 9/2018) на с. 44 — 45.

123

Разные разности

09.08.2022 17:00:00

…температура в Арктике растет в четыре раза быстрее, чем глобальное потепление

…около половины оплодотворенных яйцеклеток погибает очень рано, еще до того, как мать узнает, что она беременна

…если вы хотите найти безопасный район для проживания, выберите тот, где жители доверяют друг другу и выгуливают много собак…


>>
05.08.2022 17:00:00

Многие самки пауков съедают своих партнеров после спаривания, и большинство самцов относятся к этому покорно. Но есть пауки, которых такое положение вещей не устраивает. И они стараются удрать в самый последний момент.

>>
03.08.2022 17:00:00

Израильские ученые уверены, что взаимная симпатия с потенциальным партнером зависит от того, насколько хорошо они могут синхронизировать свои тела.

>>
01.08.2022 17:00:00

Ученые из Университета Ньюкасла обнаружили новые типы бактерий, которые прилипают к плавающим в морской толще частицам микропластика и путешествуют на них по океану.

>>
26.07.2022 16:00:00

Почти в половине проб воды, взятых из рек по всему миру, присутствуют биологически активные компоненты лекарств в концентрациях, от которых можно ожидать экотоксикологических эффектов.

>>