До сих пор при расчетах способности океана поглощать углерод не учитывались дожди, однако новая оценка показывает, что они увеличивают поглощение углерода океаном на 5–7%.
Три десятилетия назад Дэвид Хо установил два розовых детских бассейна с рисунком динозавров на парковке здания NOAA в Майами, где дневные грозы были обычным делом. Он наполнил оба бассейна водой, добавил газовый индикатор и надел навес над одним бассейном в качестве контроля. Затем, каждый день в течение нескольких месяцев, он ждал ливня, промокая, пока он вытаскивал образцы из каждого бассейна в стеклянные шприцы. «Это было довольно неприятно, — сказал он, — но я получил некоторые интересные результаты».
Эти ранние эксперименты показали, что дождь увеличивает скорость переноса углекислого газа (CO2) или эффективность, с которой он переносится из воздуха в воду. Хо, ныне океанограф в Гавайском университете в Маноа, с тех пор занимается этой исследовательской темой, тщательно изучая эффект на имитаторе дождя NASA и во время исследовательских экспедиций в Тихом океане.
Его последнее исследование является кульминацией этой работы, предоставляя первую всеобъемлющую и глобальную оценку того, что происходит с потоками CO2, когда дождь попадает в океан. Мировой океан поглощает около четверти выбросов CO2 в результате деятельности человека, и это исследование показывает, что осадки увеличивают это поглощение на 140–190 миллионов метрических тонн, или 5–7%, в год.
«Может показаться удивительным, что для количественной оценки этого процесса требуется так много времени, но отчасти это связано с тем, что это сложная проблема для изучения», — сказал Хо. Большинство измерений концентрации газа в океане проводятся с судов, которые собирают пробы воды на глубине 5–7 метров. Но поскольку дождь попадает на поверхность, его воздействие на этих глубинах незаметно. «Это игнорировалось, потому что у нас нет данных».
Когда капля дождя падает в океан, она временно изменяет физику и химию морской воды вокруг себя. Исследование выявило три основных способа, с помощью которых дождь увеличивает поглощение углерода океаном: турбулентность, разбавление и мокрое осаждение.
Когда капля ударяется о поверхность, она создает турбулентность, которая приводит больше воды в контакт с атмосферой и содержащимся в ней углеродом. Каждая капля также является всплеском относительно пресной воды, которая разбавляет морскую воду и изменяет градиент концентрации CO2 между воздухом и морем, обеспечивая более высокое поглощение. И, наконец, влажное осаждение относится к тому, как каждая капля поглощает CO2, падая через атмосферу, а затем впрыскивает этот газ непосредственно в океан.
Мокрое осаждение — это односторонний поток, сказал Рик Ваннинхоф , океанограф из NOAA, который был пионером в использовании инертных химических трассеров для изучения газообмена между воздухом и водой. Ваннинхоф не принимал участия в последнем исследовании, но работал с Хо над экспериментами в бассейне. «Мы не думали об этом в ранних исследованиях, но в глобальном масштабе это исследование показывает, что это, вероятно, одно из самых больших последствий дождя для потоков углекислого газа», — сказал он.
Исследование было проведено под руководством Летиции Парк из Университета Сорбонны. Для нее наиболее значимым открытием является то, что размер этого воздействия дождя на поглощение углерода океаном сопоставим с размером глобального дисбаланса углеродного бюджета или предполагаемой разницей между общими выбросами углерода и общим поглощением углерода океаном и сушей. Возможность количественной оценки этих мелкомасштабных процессов на границе воздух-море должна улучшить способность ученых моделировать потоки углерода между атмосферой и океаном, сказала она.
Ключевой частью исследования является модель, разработанная соавтором Хьюго Белленжером. «Физические модели для океанской кожи были впервые разработаны в 1960-х годах», — объясняет Белленжер, специалист по моделированию климата в Лаборатории динамики метеорологии Французского национального центра научных исследований (CNRS). «Но хотя они хорошо отслеживали изменения температуры, [ранее] не было измерений ее солености».
Эта модель позволила исследователям определить, где дождь оказывает самое сильное воздействие. Турбулентность и разбавление играют важную роль в тропиках, которые характеризуются сильными дождями и слабыми ветрами. Эффекты влажных осадков также значительны в тропических регионах, а также в других областях с обильными осадками, таких как тропы штормов и Южный океан.
Это стало неожиданностью.
«Мы ожидали, что дожди в основном увеличат поглощение углерода в тропиках. Было неожиданно обнаружить, что они также могут оказать заметное влияние в регионах более высоких широт», — сказал Парк.
Эффект может усилиться по мере потепления мира и увеличения количества осадков: команда обнаружила, что скорость влажных отложений масштабируется с интенсивностью осадков. Штормы уже выбрасывают больше осадков, и ученые ожидают, что характер осадков над океаном изменится с изменением климата. В своем анализе, основанном на спутниковых наблюдениях и повторном анализе глобальных наборов данных о погоде с 2008 по 2018 год, исследователи увидели небольшую тенденцию к росту влияния дождя на поглощение углерода океаном.
