Проект LOHAFEX

Проект LOHAFEX — это научный эксперимент по управляемому внесению растворимых соединений железа в поверхностные воды океана с целью стимулирования роста фитопланктона и, как следствие, увеличения поглощения углекислого газа (CO₂) из атмосферы. Проект был реализован в 2009 году международной группой учёных под руководством Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера (Германия) и Национального института океанографии (Индия) в рамках более широкой области исследований, известной как «железное удобрение океана» (iron fertilization).

История и предпосылки

Идея использования железа для стимулирования биологической продуктивности океана восходит к гипотезе, выдвинутой в 1980-х годах океанографом Джоном Мартином. Он предположил, что дефицит железа в некоторых районах Мирового океана (так называемые High-Nutrient Low-Chlorophyll, HNLC, зоны) ограничивает рост фитопланктона, несмотря на высокое содержание других питательных веществ, таких как азот и фосфор. Мартин сформулировал знаменитую фразу: «Дайте мне полтанкера железа, и я устрою ледниковый период».

В 1990-х и начале 2000-х годов было проведено несколько крупных экспериментов по железному удобрению, включая IRONEX I и II (1993, 1995 гг.) в экваториальной части Тихого океана, SOIREE (1999 г.) в Южном океане и SERIES (2002 г.) в северной части Тихого океана. Эти эксперименты подтвердили, что добавление железа действительно вызывает массовое цветение фитопланктона, но также выявили сложности с оценкой долгосрочного поглощения CO₂ и потенциальные побочные эффекты.

Проект LOHAFEX (LOHA — санскритское слово, означающее «железо», и FEX — Fertilization EXperiment) стал одним из наиболее масштабных и спорных экспериментов в этой серии. Он был запланирован как совместный индийско-германский проект, направленный на изучение влияния железного удобрения на биогеохимические циклы и экосистему Южного океана.

Ход эксперимента

Эксперимент LOHAFEX был проведён в январе-марте 2009 года в районе Южного океана, к юго-западу от Южной Америки, в зоне Антарктического циркумполярного течения. Участок представлял собой океанический вихрь (круговорот воды) диаметром около 10–15 км, который был изолирован от окружающих вод.

Основные этапы эксперимента:

1. Подготовка и мониторинг: Научно-исследовательское судно «Поластерн» (Германия) и индийское судно «Сагар Кания» провели предварительное картирование участка, измеряя концентрацию питательных веществ, хлорофилла и растворённого CO₂.
2. Внесение железа: В течение нескольких дней в поверхностный слой воды (до глубины 15–20 м) было распылено около 10 тонн раствора сульфата железа (FeSO₄). Для равномерного распределения раствор подавался через шланги, буксируемые за кормой судна.
3. Отслеживание цветения: В течение 30 дней после внесения железа учёные проводили ежедневные измерения с помощью судовых приборов, буёв и спутниковых снимков. Отмечалось резкое увеличение биомассы фитопланктона, главным образом диатомовых водорослей, в течение первых двух недель. Концентрация хлорофилла a выросла в 5–10 раз по сравнению с фоновыми значениями.
4. Завершение: Эксперимент был завершён, когда цветение начало естественным образом затухать из-за истощения запасов железа и других факторов, а также из-за того, что вихрь начал разрушаться.

Результаты и научные выводы

Ключевые результаты проекта LOHAFEX были опубликованы в рецензируемых научных журналах и включали несколько важных наблюдений:

• Эффективность стимуляции: Добавление железа привело к быстрому и значительному росту фитопланктона, что подтвердило гипотезу о лимитировании железа в данном районе Южного океана.
• Состав сообщества: Цветение было доминировано крупными диатомовыми водорослями, которые способны быстро поглощать CO₂ и, при оседании на дно, могут выводить углерод из круговорота на длительное время.
• Поглощение CO₂: В ходе эксперимента было зафиксировано значительное снижение парциального давления CO₂ в поверхностных водах, что свидетельствовало о поглощении газа из атмосферы. Однако расчёты показали, что чистое поглощение CO₂ за время эксперимента было относительно скромным — около 0,1–0,2 гигатонны углерода в пересчёте на глобальное применение, что значительно меньше, чем предполагалось ранее.
• Судьба углерода: Ключевым вопросом оставалась судьба органического углерода, образовавшегося в результате цветения. Исследования показали, что большая часть биомассы не опустилась на большие глубины, а была потреблена зоопланктоном и бактериями в верхних слоях океана. Это означало, что CO₂, поглощённый во время цветения, мог быть быстро возвращён в атмосферу в результате дыхания и разложения. Лишь небольшая часть углерода (менее 10%) достигла глубины более 1000 метров.
• Влияние на экосистему: Эксперимент выявил изменения в структуре пищевой цепи. Увеличение биомассы фитопланктона привлекло большое количество зоопланктона (копепод, сальп), которые активно выедали водоросли. Это ограничивало как продолжительность цветения, так и эффективность захоронения углерода.

Критика и этические аспекты

Проект LOHAFEX, как и другие эксперименты по геоинженерии, подвергся значительной критике как со стороны научного сообщества, так и со стороны экологических организаций.

Основные направления критики:

• Неопределённость последствий: Критики утверждали, что масштабное железное удобрение может иметь непредсказуемые и потенциально негативные последствия для морских экосистем, включая гипоксию (кислородное голодание) в глубинных водах, изменение биоразнообразия и стимулирование цветения токсичных видов водорослей.
• Эффективность и экономическая нецелесообразность: Результаты LOHAFEX и других экспериментов показали, что эффективность связывания углерода с помощью железного удобрения значительно ниже, чем предполагалось, что ставит под сомнение его практическую ценность как метода борьбы с изменением климата. Стоимость внесения железа в масштабах океана оценивалась как чрезвычайно высокая.
• Этические и правовые вопросы: Эксперимент вызвал дебаты о том, допустимо ли проводить крупномасштабные вмешательства в природные системы без полного понимания последствий. Некоторые экологические группы, такие как «Друзья Земли» и «Гринпис», призвали к мораторию на все коммерческие и крупные научные проекты по железному удобрению, ссылаясь на потенциальное нарушение Лондонской конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов.
• Отсутствие долгосрочного мониторинга: Эксперимент длился всего 30 дней, и долгосрочный мониторинг участка не проводился, что не позволило оценить, как экосистема восстановилась после вмешательства и какое количество углерода было захоронено навсегда.

Значение и наследие

Несмотря на критику, проект LOHAFEX внёс важный вклад в понимание биогеохимических циклов Южного океана. Он предоставил ценные данные о том, как экосистема реагирует на обогащение железом, и показал, что простое добавление железа не является эффективным способом связывания углерода в масштабах, необходимых для смягчения климатических изменений.

Эксперимент способствовал развитию более сложных моделей океанической продуктивности и углеродного цикла. Он также подчеркнул необходимость комплексного подхода к геоинженерным проектам, включающего тщательную оценку экологических рисков, правовое регулирование и широкое общественное обсуждение. После LOHAFEX интерес к крупномасштабным экспериментам по железному удобрению в открытом океане значительно снизился, хотя исследования в этой области продолжаются на лабораторном и модельном уровнях.

Источники

• Smetacek, V., et al. (2012). Deep carbon export from a Southern Ocean iron-fertilized diatom bloom. Nature, 487(7407), 313-319.
• Boyd, P. W., et al. (2007). Mesoscale iron enrichment experiments 1993-2005: synthesis and future directions. Science, 315(5812), 612-617.
• Martin, J. H. (1990). Glacial-interglacial CO₂ change: The iron hypothesis. Paleoceanography, 5(1), 1-13.
• Институт полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера (AWI). Пресс-релизы и отчёты по проекту LOHAFEX (2009).
• Национальный институт океанографии (Индия). Материалы по проекту LOHAFEX.