Шестое вымирание. Неестественная история

Коралловые рифы растут на внушительной полосе, опоясывающей Землю вдоль экватора, – от 30° северной широты до 30° южной. Второй по величине риф после Большого Барьерного находится недалеко от побережья Белиза. Обширные коралловые рифы есть в тропической части Тихого океана, Индийском океане и Красном море, а множество рифов поменьше – на Карибах. Поэтому весьма любопытно, что первое доказательство разрушительной силы CO₂, способной убить рифы, пришло из Аризоны – из замкнутого и предположительно самодостаточного мира, известного как “Биосфера-2”.

“Биосфера-2”, застекленное сооружение площадью один гектар, по форме напоминающее зиккурат, было построено в конце 1980-х годов одной частной компанией, щедро финансировавшейся миллиардером Эдвардом Бассом. Цель проекта состояла в том, чтобы показать, как жизнь на Земле – в “Биосфере-1” – может быть воссоздана, скажем, на Марсе. Сооружение включало в себя участки “тропический лес”, “пустыня”, “сельскохозяйственная зона” и искусственный “океан”. Первая группа обитателей “Биосферы-2”, четверо мужчин и четыре женщины, жили в этом замкнутом пространстве два года. Они сами выращивали себе всю пищу и дышали только рециркулирующим воздухом. Тем не менее проект был признан провалившимся. Биосферяне бóльшую часть времени испытывали голод и, что хуже, утратили контроль над своей искусственной атмосферой. Предполагалось, что в различных “экосистемах” проекта разложение, при котором поглощается кислород и выделяется углекислый газ, будет уравновешиваться фотосинтезом, характеризующимся обратными процессами. По причинам, связанным в основном со степенью обогащенности почвы, помещенной в “сельскохозяйственную зону”, процессы разложения взяли верх. Уровень кислорода внутри сооружения резко упал, и у биосферян развилось некое подобие горной болезни. В то же время стремительно выросла концентрация углекислого газа. В итоге она достигла 3000 частей на миллион – примерно в восемь раз выше значения снаружи.

Проект “Биосфера-2” официально свернули в 1995 году, и управление зданием перешло Колумбийскому университету. Зона “океан” – резервуар размером с олимпийский плавательный бассейн – к тому времени находилась в плачевном состоянии: почти вся рыба погибла, а коралловые полипы еле-еле держались. Морскому биологу Крису Лэнгдону было поручено придумать, какое полезное исследование можно провести с резервуаром. Для начала он задумал восстановить нормальный химический состав воды.

Как и следовало ожидать, учитывая высокое содержание CO₂ в воздухе, pH “океана” был низким. Лэнгдон попытался исправить это, однако продолжали происходить какие-то странности. Желание разобраться, в чем дело, превратилось для биолога в своеобразную одержимость. Через некоторое время Лэнгдон продал свой дом в Нью-Йорке и переехал в Аризону, чтобы иметь возможность экспериментировать с “океаном” постоянно.

Хотя эффекты закисления обычно выражаются в терминах pH, существует и другой, не менее – а для многих организмов даже более – важный показатель того, что происходит: изменение такого параметра морской воды (с довольно громоздким названием), как уровень насыщения карбонатом кальция или уровень насыщения арагонитом. (Карбонат кальция в природе образует две модификации с разной кристаллической структурой – кальцит и арагонит[66]. Коралловые полипы производят преимущественно арагонит, он лучше растворим в воде.) Уровень насыщения определяется сложной химической формулой, но по сути – концентрацией ионов кальция и карбонат-ионов, плавающих вокруг. При растворении CO₂ в воде образуется угольная кислота (H₂CO₃), которая оперативно “съедает” карбонат-ионы, тем самым понижая уровень насыщения.

Когда Лэнгдон приступил к работе в “Биосфере-2”, среди морских биологов преобладало мнение, будто для кораллов уровень насыщения не слишком важен, пока он остается выше 1 (если он оказывается ниже 1, вода становится “ненасыщенной” – и карбонат кальция растворяется). Однако Лэнгдон собственными глазами убеждался, что кораллам действительно важен уровень насыщения – и даже очень. Чтобы проверить свою гипотезу, он начал проводить незамысловатые, хотя и потребовавшие немало времени измерения. Он решил менять условия в “океане”, а небольшие колонии коралловых полипов, прикрепленные к маленьким плиткам, – периодически доставать из воды и взвешивать. Если колония набирала вес, это означало, что она растет – прибавляя в массе за счет кальцификации. Эксперимент занял больше трех лет и включал свыше тысячи измерений. Они показали более или менее линейную корреляцию между скоростью роста кораллов и уровнем насыщения воды. Кораллы росли быстрее всего при уровне насыщения арагонитом, равным 5, медленнее – при значении 4 и еще медленнее – при 3. При уровне 2 они практически прекращали строительную работу, словно бастующие рабочие. В искусственном мире “Биосферы-2” выводы, следующие из этого открытия, представляли определенный интерес. Но в реальном мире – в “Биосфере-1” – они вызывали немалое беспокойство.