То, что считали невозможным, оказалось правдой: океан сам греет планету — и делает это втайне от нас

Учёные давно знали, что закись азота — один из самых опасных парниковых газов, но новые данные показали: значительная часть его выбросов связана не с промышленностью, а с микроскопической жизнью в океане. Исследование швейцарских и международных океанологов выявило, что морские микробы производят этот газ даже в тех местах, где раньше считалось невозможным — в водах с высоким содержанием кислорода.

Что такое закись азота и почему это важно

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, закись азота (N₂O) удерживает тепло примерно в 273 раза эффективнее, чем углекислый газ. Этот газ не только усиливает парниковый эффект, но и разрушает озоновый слой, соединяя две ключевые климатические проблемы в одном химическом процессе.

"Выбросы этого почти забытого парникового газа имеют решающее значение для глобального климата", — заявила биогеохимик, доктор Клаудия Фрей.

Где живут микробы, создающие N₂O

Исследование проводилось в районах с низким содержанием кислорода — так называемых зонах минимального кислорода (OMZ). Они встречаются у берегов Калифорнии и Мексики, где миллионы микроорганизмов живут в водах, бедных кислородом, и активно участвуют в цикле азота.

Обычно микробы используют процесс денитрификации: нитрат превращается в нитрит, затем в оксид азота, закись азота и, наконец, в газообразный азот. Это позволяет им получать энергию при недостатке кислорода. Но, как выяснила команда Фрей, даже в водах с относительно высоким содержанием кислорода этот процесс не прекращается.

Новые наблюдения: неожиданные источники N₂O

Эксперименты показали: закись азота формируется скачкообразно, а не равномерно, потому что разные микробы конкурируют за ресурсы. Когда в воде много свежих органических частиц — остатков фитопланктона и микроорганизмов — бактерии становятся устойчивее к кислороду.

Это означает, что производство N₂O продолжается даже в слоях, где ранее считалось, что микробная активность подавлена. Свежие частицы, богатые углеродом, фактически расширяют "рабочие зоны" микробов, позволяя им функционировать там, где традиционные модели предсказывали покой.

Таблица "Сравнение": лабораторные ожидания vs реальные данные

От лаборатории к океану

Команда Фрей провела шесть недель на исследовательском судне у берегов Тихого океана, собирая сотни проб воды с разных глубин. Образцы хранились в холоде и без доступа воздуха, чтобы сохранить естественное состояние микробов. После этого данные использовали для построения модели, которая симулирует взаимодействие микробных сообществ при разных концентрациях кислорода.

Модель подтвердила: чем больше в воде свежих органических частиц, тем шире зона образования закиси азота. Даже небольшие сдвиги в концентрации кислорода могут радикально увеличить объёмы выбросов этого газа.

Советы шаг за шагом: как учёные изучают микробные выбросы

1. Определяют границы зон минимального кислорода с помощью подводных сенсоров.

2. Отбирают образцы воды на разных глубинах, исключая контакт с воздухом.

3. Анализируют состав азотсодержащих соединений.

4. Измеряют активность микробов при различных уровнях кислорода.

5. Встраивают полученные данные в климатические модели.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: предполагать, что микробы прекращают вырабатывать N₂O при повышенном содержании кислорода.
  Последствие: заниженные прогнозы выбросов.
  Альтернатива: учитывать активность в оксигенированных слоях.

• Ошибка: игнорировать влияние свежих частиц органики.
  Последствие: недооценка роли биологических процессов в океане.
  Альтернатива: включать качество органического материала в модели.

• Ошибка: использовать упрощённые "двухмерные" модели.
  Последствие: невозможность отразить реальное перемешивание водных масс.
  Альтернатива: применять трёхмерные модели циркуляции с микробными компонентами.

А что если…

Океаны станут теплее? Рост температуры усилит разложение органики и ускорит образование частиц, а значит, повысит активность микробов.

Таблица "Плюсы и минусы"

FAQ

Почему закись азота опаснее CO₂?
Она в 273 раза эффективнее удерживает тепло и дополнительно разрушает озоновый слой.

Как микробы производят этот газ?
Через процесс денитрификации, превращая нитраты в азот с промежуточным выделением N₂O.

Можно ли уменьшить выбросы?
Косвенно — снижая использование удобрений и ограничивая сток органики в океан.

Где эти процессы наиболее активны?
У берегов Мексики, Перу, Калифорнии и в Индийском океане — там, где формируются зоны минимального кислорода.

Мифы и правда

Миф: микробы не выживают в насыщенных кислородом водах.
Правда: некоторые виды приспособились и сохраняют активность даже при высоких уровнях кислорода.

Миф: океан — чистый поглотитель углерода.
Правда: при определённых условиях он становится источником парниковых газов.

Миф: закись азота — проблема только сельского хозяйства.
Правда: до 40% природных выбросов приходятся именно на океан.

Три интересных факта

1. По оценкам, океан ежегодно выделяет около 10 млн тонн N₂O.
2. Даже небольшое увеличение температуры на 1 °C может поднять эмиссию газа на 3-5%.
3. TRAPPIST и другие телескопы наблюдают планеты, но по аналогии с микробными зонами астрономы ищут признаки азота в атмосферах других миров.

Исторический контекст

Интерес к микробным источникам парниковых газов возник в 1980-х, но лишь современные технологии позволили напрямую измерить активность бактерий в океане. После 2020 года рост температур и частота "мертвых зон" сделали эту тему центральной для климатологии. Новая работа под руководством Клаудии Фрей впервые связала микробиологию, химию и моделирование в единую систему.