Oblasti vode sa niskim sadržajem kiseonika protežu se hiljadama kilometara kroz svetske okeane. Najveća od ovih „zona minimuma kiseonika“ (OMZ) nalazi se duž pacifičke obale Severne i Južne Amerike, sa središtem kod obale Meksika.
Do nedavno, klimatski modeli nisu mogli da kažu da li će OMZ rasti ili se smanjiti zbog klimatskih promena, delom zato što su OMZ rezultat dva suprotna procesa: kiseonika koji se snabdeva cirkulacijom okeana i kiseonika koji koristi morski život.
Sada, tim na čelu sa Laure Resplandi sa Prinstona je samouvereno predvideo da će se granice pacifičkog OMZ-a, najvećeg na planeti, proširiti za čak 8 miliona kubnih kilometara – i prema gore prema površini mora i prema van prema obali — do kraja veka.
Ovo je značajno iz dva razloga, rekao je Resplandi, biogeohemijski okeanograf i asistent profesora geonauka i Instituta za životnu sredinu High Meadovs na Prinstonu. Kao prvo, kako nivo kiseonika opada, vitalne ekonomske vrste poput tune i rakova neće moći da se hrane, plivaju ili razmnožavaju osim ako se ne presele u regione okeana sa više kiseonika. Ovo ima velike implikacije na ekosisteme u blizini obala okeana i industrije koje zavise od njih, od ribolova do turizma. Drugo, OMZ su značajan izvor azot-oksida, glavnog gasa staklene bašte.
Uspešne projekcije njenog tima nisu samo zahvaljujući novim i boljim modelima, iako oni koriste najnoviji paket, Coupled Model Intercomparison Project 6 (CMIP6). Ključni uvid, rekao je Resplandi, bio je razumevanje da OMZ nije uniforman, već ima slojeve „kao luk“ koji različito reaguju na rastuće gasove staklene bašte.
U osnovi, OMZ se sastoje od spoljašnjeg sloja i unutrašnjeg jezgra, a novi modeli pokazuju da će se jezgro smanjiti dok će se spoljni sloj proširiti.
U prethodnom radu, promene OMZ-a su procenjene korišćenjem međuslojeva, između ekspandirajućeg spoljašnjeg sloja i kontrahirajućeg jezgra, gde su pronađeni samo mali pomaci—ponekad pozitivni, ponekad negativni. „Promene su bile blizu nule, a različiti modeli su pokazivali kontradiktorne trendove, neki su doveli do proširenja, a drugi do kontrakcije OMZ-a. Izgledalo je kao neslaganje“, rekao je Julius Busecke, koji je vodio istraživanje dok je bio postdoktorski istraživač na Prinstonu. i koji je sada fizički okeanograf na Univerzitetu Kolumbija.
„Mislili smo da su klimatski modeli nedosledni, sa trendovima svuda“, rekao je Resplandi. „Ali sada znamo da smo postavili pogrešno pitanje – pitajući se da li treba da očekujemo proširenje ili kontrakciju umesto da smatramo da bi to moglo biti oboje.
„Počeli smo da imamo holistički pristup i posmatramo evoluciju tih različitih slojeva ljuske luka, od kojih je spoljašnji najvažniji za ekosisteme, a jezgro je važno za proizvodnju azot-oksida“, rekla je ona. „Tada smo otkrili da modeli zapravo nisu u neslaganju. Složili su se da će se spoljašnji sloj proširiti i predstavljati problem za ekosisteme, ali bi se jezgro skupilo, potencijalno proizvodeći manje azot-oksida.“
Njihov novi slojeviti okvir rešio je godine frustracije. „Već 15 godina kružimo oko iste zagonetke: sa globalnim zagrevanjem, okean gubi kiseonik, tako da očekujemo da će se zone minimuma kiseonika proširiti, ali naši klimatski modeli su pokazali nedosledne trendove“, rekao je Resplandi. „U našim radovima, klimatski modelari su napisali: „Trendovi modela su nedosledni, tako da ne znamo kakav će biti uticaj na ekosisteme i azot oksid.“ Bio sam umoran od pisanja ovih rečenica. Umoran sam od čitanja. Kada sam došao na Prinston pre pet godina, rekao sam sebi: ‘Dobro, moramo da rešimo ovaj problem.’ To je bila moja opsesija.“
Osmišljavanje slojevitog okvira je bilo „mnogo posla, ali veoma sam srećna što smo konačno dobili smisao za buduće projekcije OMZ-a“, rekla je ona.
Modeli njenog tima pokazuju da ako se nastave visoke emisije gasova staklene bašte, tropski pacifički OMZ će porasti za 6 do 8 miliona kubnih kilometara — do 8 milijarde kubnih kilometara, ili oko 0,6% zapremine svetskog okeana — do 2100. godine. U isto vreme će se proširiti prema površini za 5 do 50 metara.
Nasuprot tome, novi modeli pokazuju da kako se spoljašnji sloj širi, jezgro OMZ-a, gde su nivoi kiseonika najniži, će se skupljati.
To je mala prednost. OMZ jezgro proizvodi azot-oksid, tako da skupljanje može ograničiti koliko se ovog gasa staklene bašte oslobađa u atmosferu. „Mislim da je verovatno dobra vest izostanak tog ključnog regiona“, rekao je Busecke.
Slučajno, paleookeanografi u laboratoriji Denija Sigmana na Prinstonu otkrili su ranije ove godine da su zone sa niskim sadržajem kiseonika dovele do smanjene proizvodnje azot-oksida tokom toplih perioda pre 15 do 50 miliona godina. Koristili su sićušna izumrla stvorenja da izračunaju koliki su bili nivoi kiseonika i azota.
„Veoma je zanimljivo videti rezultate paleookeanografije“, rekao je Busecke. „Oni su potpuno nezavisni od naših klimatskih modela i podržavaju naše nalaze da bi se jezgro OMZ-a moglo smanjiti u budućnosti uprkos zagrevanju. To nam daje uverenje da smo na pravom putu i da možemo da idemo napred.“
