Балтийское море задыхается, несмотря на очистку: ученые нашли причину
Несмотря на серьезное снижение поступления фосфора и азота с реками за последние десятилетия, Балтийское море продолжает страдать от эвтрофикации — цветения водорослей и кислородного истощения. Международная группа ученых из Лейбниц-Института исследований Балтийского моря опубликовала масштабный обзор, объясняющий этот парадокс.
Прогресс, который не дал результата
Проблема эвтрофикации Балтики известна более 50 лет. Благодаря законодательству Евросоюза, национальным программам и плану действий HELCOM (Хельсинкской комиссии по защите Балтийского моря), удалось добиться впечатляющего сокращения антропогенных выбросов:
Сбросы фосфора в центральную часть моря упали с 20 000 тонн в год (1995) до 12 400 тонн (2017).
Поступление азота снизилось с 520 000 тонн до менее 400 000 тонн за тот же период.
Однако качество воды существенно не улучшилось. Чтобы понять причину, ученые проанализировали более 60 лет наблюдений, объединив данные мониторинга, научную литературу и современные модели.
Главный виновник — внутренняя «бомба» фосфора
Балтийское море имеет сложную структуру. Из-за разной солености вода в нем расслаивается (стратифицируется): легкая пресная — сверху, тяжелая соленая — в глубине. Процесс препятствует поступлению кислорода в придонные слои.
Ключевое открытие обзора касается цикла фосфора. В бескислородных условиях (аноксии) донные отложения начинают активно выделять накопленный фосфор обратно в воду. В окисленной среде фосфор связывается железом и остается в осадке, но без кислорода этот механизм не работает.
Измерения показали, что концентрация фосфата в глубоких водах между редкими притоками свежей воды из Северного моря растет и превышает 5 мкмоль/л. Ежегодное зимнее перемешивание поднимает часть этого фосфора на поверхность.
Порочный круг и сине-зеленые водоросли
Согласно расчетам, внутренний выброс фосфора из осадков составляет в среднем около 27 ммоль/м². Это настолько большой объем, что он почти полностью компенсирует сокращение внешнего (речного) поступления. Даже мощные притоки соленой воды, которые временно насыщают глубины кислородом, не решают проблему. Во время сильного притока зимой 2014 года из воды удалилось только 30% накопленного фосфата, а окончательно захоронилось в осадках лишь около 5%.
Ситуацию усугубляет изменение соотношения питательных веществ. Из-за нехватки кислорода в глубинах падает содержание нитратов, а фосфора становится больше. С 1969 по 2023 год соотношение растворенного азота к фосфору зимой снизилось примерно на 4 моль/моль. Это создает идеальные условия для массового размножения цианобактерий — сине-зеленых водорослей, которые умеют фиксировать азот из воздуха и не ограничены его дефицитом, ведь им нужен только фосфор.
Цианобактерии хуже поедаются зоопланктоном, их цветение ухудшает качество воды, а после отмирания их биомасса оседает на дно, усиливая разложение и дополнительно расходуя кислород. Так замыкается петля: фосфор поднимается → цветет цианобактерия → органика падает на дно → кислород тратится → фосфор снова выделяется из осадков.
Роль климата
Глобальное потепление усугубляет ситуацию. Средняя температура поверхности в Готландской впадине выросла почти на 2°C с 1960-х годов. Теплая вода хуже растворяет кислород, а его расход на разложение органики при высоких температурах ускоряется. В результате мертвые зоны с содержанием кислорода менее 20 мкмоль/л расширяются и сохраняются дольше.
Ученые обратили внимание на важный, но слабо изученный процесс — латеральные интрузии. Это узкие (толщиной в несколько метров) прослойки воды, которые переносят кислород в горизонтальном направлении между слоями. В долгосрочной перспективе они доставляют в глубину примерно в 10 раз больше кислорода, чем крупные эпизодические притоки. Существующие модели этот эффект недоучитывают, и авторы рекомендуют их скорректировать.
Балтийское море накопило огромный «питательный долг» за десятилетия загрязнений. Даже при полном прекращении внешнего поступления фосфора и азота, внутренние запасы будут подпитывать эвтрофикацию еще долгие годы.
«Успешная защита Балтики требует длительных усилий и управления, которое учитывает внутренние циклы так же серьезно, как и внешние нагрузки», — комментирует ведущий автор Йоахим Кусс.
Для улучшения ситуации авторы предлагают продолжать сокращать внешние источники питательных веществ, разрабатывать методы реабилитации донных отложений и адаптировать сегодняшние стратегии к климатическим изменениям.
