6. Углерод в Мировом океане

Основной запас углерода, принимающего активное участие в биогеохимическом цикле, находится в Мировом океане, где он содержится в различных формах: в виде частиц неорганических углеродсодержащих веществ, частиц органического нерастворимого углерода, растворенного органического углерода и живых форм. В океан углерод поступает как с суши со стоком рек в результате деструкции органического вещества, так и из атмосферы, откуда углерод поступает вследствие дыхания всего комплекса живых существ. Многие водные организмы, создают свои скелеты на основе карбоната кальция, а после гибели этих организмов из них образуются пласты известняков. Из атмосферы было извлечено и захоронено в десятки тысяч раз больше углекислого газа, чем в ней находится в данный момент. В конечном итоге подавляющая часть углерода в океане отлагается на дне, перекрывается все более молодыми отложениями и таким образом выходит за пределы экосферы, сохраняясь при этом в большом цикле вещества литосферы¹².

Как и биосфера суши, океаны каждый год обмениваются большими количествами СО₂ с атмосферой. В незагрязненной среде потоки воздух-море и море-воздух в целом сбалансированы, и в обоих направлениях каждый год перемещается около 90 ГтС. Такие потоки вверх и вниз управляются изменениями в температуре поверхностного слоя воды в океанах, которая влияет на способность воды растворять углекислый газ, a также потреблением и продукцией газа в процессах фотосинтеза и дыхания/разложения в околоповерхностных водах. Все эти процессы могут в значительной степени варьировать как по сезонам, так и в пространстве. В целом тропические океаны являются суммарными источниками СО₂ в атмосферу, тогда как в более высоких и особенно полярных широтах океаны являются суммарным стоком.

В среднем как глобально, так и в течение годового цикла незагрязненные океаны находятся в близком к устойчивому состоянии относительно захвата/высвобождения СО₂. Однако, это не означает, что за большие периоды времени не происходит изменений в скоростях этих процессов. Действительно, считается, что намного более низкий уровень атмосферного СО₂, который согласно данным по кернам льда существовал в прошлом, являлся причиной, по крайней мере частично, увеличения захвата СО₂ океанами из-за их более холодных по сравнению с настоящим временем вод.

Однако известно, что сжигание ископаемого топлива и остальные вызванные человеком изменения привели к значительному дополнительному привносу СО₂ в атмосферу. Между морской водой и воздухом должно установиться равновесие в отношении СО₂. Здесь появляется второй фактор, который необходимо учитывать, поскольку процесс перемешивания воды в океанах медленный, и это означает, что для достижения равновесия по всей глубине требуются сотни или тысячи лет. В целом скорость захвата СО₂ ограничивается не переносом через поверхность моря, а перемешиванием поверхностных вод с глубинными (средняя глубина 3,8 км, максимальная глубина 10,9 км). На глубине нескольких сотен метров существует область быстрого падения температуры, основной термоклин. Это приводит к повышенной устойчивости столба воды, что препятствует перемешиванию с выше- и нижележащими слоями. Только в некоторых полярных областях, особенно вокруг Антарктики, а также в Гренландском и Норвежском морях в Северной Атлантике из-за отсутствия термоклина возможно непосредственное, и, следовательно, быстрое перемешивание поверхностных вод с глубинными.

В этих условиях прибегают в основном к методам математического моделирования. Лучшая оценка количества антропогенного СО₂, захватываемого в настоящее время океанами, полученная с помощью модельных экспериментов, составляет 2,0 ± 0,8 ГтС·год^-1.