Нужно ли удобрять океан?

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 научно-­исследовательское 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!»

Фото: rlonpine / flickr.com

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).

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 более­-менее масштабного эксперимента с природными экосистемами, которые мы ставим».

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