Таяние Арктики — место преступления: Микробы давно предупреждали нас о катастрофе, но они же её и ускоряют

Климат Арктики нагревается как минимум в четыре раза быстрее среднемирового показателя. Новое исследование предполагает, что Северный Ледовитый океан может стать свободным ото льда летом уже в 2030-х годах — примерно на десятилетие раньше, чем прогнозировалось ранее.

Чтобы понять темпы и силу грядущих изменений, нужно сосредоточиться на микроорганизмах, невидимых невооруженным глазом. Эти одноклеточные микробы — и хранители, и главные зачинщики гибели Арктики.

Ученые, изучающие их, становятся судмедэкспертами, работающими на местах преступлений в Арктике. В этом сложном расследовании невидимые свидетели также несут ответственность за наносимый ущерб. Микробы свидетельствуют об уязвимости своих местообитаний, но также создают мощные климатические обратные связи, наносящие всё больший ущерб.

Стремительное движение к ледяному забвению

Регион Шпицбергена (Свальбард) сейчас нагревается в семь раз быстрее среднемирового показателя. В то время как мир пытается ограничить глобальное потепление уровнем 1.5°C выше доиндустриального уровня, в Арктике эта битва была проиграна давно.

На десятилетия впереди всех

Гляциоэколог Нодзому Такеучи из Университета Тибы уже с 1990-х годов связывает будущее жизни со смертью льда. Миллиарды микробов на поверхности ледника защищают себя от солнца, накапливая пигменты, подобные солнцезащитному крему.

Если этих пигментов в одном месте скапливается достаточно, область «биологического потемнения» поглощает солнечное тепло гораздо эффективнее, чем отражающий белый снег и лед, — и тает быстрее. Так называемый «кровавый снег», насыщенный водорослями, под микроскопом напоминает красные кровяные тельца. Их клетки содержат каротиноиды — пигменты, защищающие водоросли от перегрева.

Другие участки ледника — зеленые из-за водорослей, активно фотосинтезирующих в условиях 24-часового светового дня. Еще ниже обитают водоросли, которые в зависимости от точки зрения кажутся черными, коричневыми или пурпурными. Их пигмент похож на соединения, окрашивающие чай.

На западной окраине ледяного щита Гренландии находится «темная зона». Она вызвана не пылью или сажей, а живыми водорослями. С 2000 по 2014 год её площадь выросла на 14%. К 2012 году она уже более чем в два раза превышала площадь Англии.

Дело становится срочным

К 2014 году гляциологи всего мира начали прислушиваться к предупреждениям экологов. Ледники умирают, даже когда жизнь расцветает на их темнеющих поверхностях.

Ледяной щит Гренландии, крупнейший в Северном полушарии, содержит объем льда, эквивалентный воде, способной поднять уровень мирового океана на 7.7 метров. Обратные связи, такие как биологическое потемнение, могут умножить количество «дренажных клапанов», ускоряя повышение уровня моря.

До этого момента ни в одном прогнозе реакции Гренландии на потепление не учитывалось биологическое потемнение. Даже скромный эффект мог бы вывести ледяной щит из предсказуемой, линейной реакции на изменение климата.

Взрыв пинго

Замороженные почвы восьми арктических стран хранят треть всего почвенного углерода планеты. Антропогенное изменение климата разогревает этот углерод, предоставляя пищу микробам тундры, которые затем выделяют его в виде парниковых газов.

Это петля обратной связи углерода вечной мерзлоты. Выброс даже скромных количеств этого углерода ускоряет потепление, что приводит к более быстрому оттаиванию и новым выбросам.

Не все парниковые газы одинаковы по воздействию. Метан (CH₄) встречается реже и живет в атмосфере меньше, но он в 30 раз мощнее углекислого газа (CO₂) в качестве парникового газа на единицу объема.

Пинго — это холмы, образующиеся при сжатии вечной мерзлотой незамерзших влажных отложений. Они похожи на «прыщи» на коже тундры. Работа в поле показывает, что зимой такое пинго может быть единственным источником метана в районе. Ежегодно из одного такого пинго может высвобождаться десятки килограммов метана и более тонны CO₂. В Арктике разбросано более 10 000 пинго.

Почти идеальная экосистема

Чтобы оценить важность микробов, можно вернуться в темную зону Гренландии. Криоконитовые отверстия — это темные впадины во льду, похожие на выбоины. Их миллионы по краям ледяного щита. В то время как пинго способствуют потеплению, выделяя метан, криоконит — хороший поглотитель парниковых газов, но это создает свои проблемы.

Самая ранняя оценка его способности улавливать CO₂ с поверхности ледников мира превышала общие выбросы углерода Финляндии за тот же год.

Каждое криоконитовое отверстие — это почти идеальная экосистема с одним изъяном: её обитатели должны растапливать лед, чтобы жить. Но само таяние ускоряет гибель их ледниковой среды обитания.

В криоконите обитают тысячи различных типов бактерий (включая важнейшие фотосинтезирующие цианобактерии), грибы и простейшие. Даже тихоходки процветают в нём.

Цианобактерии используют солнечный свет для улавливания CO₂ из воздуха и превращают его в слизистый цемент, который строит каждую гранулу криоконита. Однако «рои» этих отверстий затемняют поверхность льда, что влияет на скорость таяния.

Последняя линия обороны против устойчивости к антибиотикам

Утрата микробного биоразнообразия Арктики важна и по другим причинам. Мир исчерпывает эффективные антибиотики, и арктические frontiers могут быть нашей последней линией обороны в этом кризисе.

Бесчисленные виды микробов эволюционировали в суровых условиях, используя все возможные уловки, включая выработку антибиотиков как химического оружия против конкурентов. Это означает, что они могут быть источниками новых антибиотиков.

Это не их единственное применение. От сыров до экологически чистых биологических стиральных порошков — целые продуктовые ряды были созданы на основе холодолюбивых микробов. Потепление климата угрожает разрушить целые местообитания, и наша возможность использовать это биоразнообразие может быть утрачена навсегда.

Битва проиграна

Прежде всего, Арктика важна, потому что это самая быстро нагревающаяся часть планеты, и её микробы реагируют первыми. То, что происходит там, имеет последствия для всех.

За первую пятую часть этого века ледники Земли ежегодно теряли около десяти квадриллионов (10²⁵) столовых ложек талой воды — и в каждой ложке десятки тысяч бактерий и вирусов, когда-то хранившихся в этом льду.

Даже при самом скромном сценарии потепления на 1.5°C к концу века вымрет по меньшей мере половина из 200 000 ледников Земли.

Битва за спасение многих из этих драгоценных ледяных местообитаний уже проиграна. Для таких ученых, как автор, полевая работа теперь в основном заключается в документировании этих «мест преступления» — чтобы хотя бы знания о жизни во льду могли быть сохранены, прежде чем она растает навсегда.