Кратко — роль и последствия.
Роль водных микробиомов в глобальном круговороте углерода
- Фото‑ и фито‑планктон производят органическое вещество фотосинтезом и поглощают CO₂ (мировое морское первичное производство порядка $\sim 50$ Гт C/год).
- Микробный цикл (бактерии, протисты) реминерализует большую часть этого органического материала в верхнем слое, возвращая CO₂ в атмосферу и контролируя фракцию, уходящую вглубь (эффективность «биологического насоса»). Экспорт частиц в глубокий океан — порядка $\sim 5\text{–}10$ Гт C/год — обеспечивает долговременное поглощение углерода.
- «Микробный углеродный насос» (microbial carbon pump) трансформирует лабильную растворённую органику в рефрактерную DOM, фиксируя углерод на столетия и более.
- Микроорганизмы регулируют и сопутствующие циклы (N, P, Fe), влияющие на продуктивность и тем самым на поглощение CO₂.
- Они производят и разрушают климатически активные газы: DMS (влияет на образование облачных ядер), N₂O и CH₄ (парниковые газы) — микробные процессы определяют их производство и поглощение.
Какие последствия вызовет значительное изменение микробной структуры океанов
- Снижение филогенетического разнообразия/смена доминирующих групп → изменение продукции и экспорта: если доминируют мелкие фито‑организмы (пикопланктон) при усиленной стратификации, экспорт в глубину падает → уменьшение долговременного поглощения CO₂ → положительная климатическая обратная связь (больше CO₂ в атмосфере). Примерные масштабы: уменьшение эффективности насоса даже на несколько Гт C/год существенно влияет на концентрации CO₂.
- Увеличение реминерализации в верхнем слое (больше микробного дыхания) → больше выброса CO₂ в воду/атмосферу и снижение углеродного захоронения.
- Изменение продукции/расщепления DOM → смена объёмов рефрактерного запасателя углерода (может уменьшить долговременное секвестирование).
- Изменение потоков парниковых газов: увеличение зон дефицита O₂ и анаэробных ниш может повысить выделение N₂O и CH₄; изменения в DMS‑продукции могут изменить альбедо облаков и региональный климат.
- Влияние на биопродуктивность и трофическую передачу → снижение улова рыбы и смещение экосистем (экономические и продовольственные последствия).
- Усиление эпизодических явлений: чаще вредные цветения, вспышки патогенов, неустойчивость круговоротов элементов.
- Долгосрочные и порой необратимые сдвиги: новые устойчивые состояния экосистем с иным углеродным балансом и обратными связями с климатом.
Ключевые механизмы обратной связи и уязвимости
- Потепление → стратификация → ограничение нутриентов → сдвиг к малым клеткам → пониженная эффективность экспорта.
- Кислотность и деградация кальцитообразователей → ослабление карбонатного насоса.
- Дегазация и размыкание микробных цепей в прибрежных и приполярных системах при таянии льдов.
Неопределённости и масштаб воздействия
- Точные количественные последствия зависят от скорости и характера изменений; малые изменения структуры микробиома могут вызвать крупные биогеохимические сдвиги из‑за нелинейных эффектов (глубина реминерализации, образование рефрактерной DOM, парниковые газы).
- Исследования нужны для улучшения прогнозов, но принципиально: значительная биотическая перестройка океанских микробиомов — это прямой путь к изменению глобального углеродного баланса и усилению климатических рисков.