Вклад нелинейных внутренних волн в чистую первичную продукцию моря оказался недооценён

Скрытые волны, которые питают море

Глубоко под поверхностью океана невидимые волны проходят через слои воды, тихо подпитывая микроскопические растения, поддерживающие морские пищевые цепи и помогающие удалять углекислый газ из воздуха. В этом исследовании показано, что эти подводные волны, называемые нелинейными внутренними волнами, стимулируют рост океанических растений гораздо сильнее, чем учёные ранее полагали, то есть нынешние спутниковые оценки продуктивности океана в частях Южно-Китайского моря существенно занижены.

Почему важен рост подводных растений

Морские растения, главным образом крошечные плавающие организмы, известные как фитопланктон, осуществляют фотосинтез подобно лесам на суше. Их чистая первичная продукция является главным двигателем жизни в море и важной частью земного углеродного цикла, помогая регулировать климат за счёт поглощения углекислого газа. Поскольку корабли могут отобрать пробы лишь в небольшой части океана, учёные обычно оценивают эту продукцию из космоса, измеряя зелёный пигмент хлорофилл на поверхности и подставляя эти данные в модели. Однако эти модели предполагают, что то, что видно на поверхности, отражает количество растительного вещества во всём освещённом слое океана.

Невидимые волны с большими последствиями

В северной части Южно-Китайского моря мощные внутренние волны регулярно распространяются вдоль границ между более лёгкой тёплой водой и более тяжёлой холодной, особенно около объектов, таких как атолл Донша. Эти волны не проявляются в виде драматичных гребней, но они могут смещать целые слои воды вверх и вниз на десятки метров и перемешивать водный столб. Исследователи сравнивали эту активную зону с соседней станцией в глубоком океане, где внутренние волны слабы. На поверхности оба места выглядели похоже и относительно бедными на хлорофилл. Однако в глубине внутренняя волновая зона содержала гораздо более толстый, богатый слой фитопланктона, хотя спутниковые изображения сами по себе не показали бы этой разницы.

Как перемешивание формирует подповерхностный растительный слой

В водах, где доминируют волны, наибольшие концентрации хлорофилла наблюдались значительно ниже поверхности, в районе и под основанием смешанного верхнего слоя. Измерения турбулентности показали, что внутренние волны значительно усиливают вертикальное перемешивание, подтягивая богатую питательными веществами воду со дна в освещённую зону, где может расти фитопланктон. В результате формировался более выраженный «подповерхностный максимум» хлорофилла: в волновой зоне суммарное количество хлорофилла, интегрированное по освещённому слою воды, было примерно на 45 процентов выше, чем на спокойной опорной станции, даже когда измеренный поверхностный хлорофилл был таким же или ниже. Фактически океан скрывал значительную часть дополнительной биомассы растений под очевидно бедной поверхностью.

Почему спутниковые модели пропускают этот дополнительный рост

Стандартные спутниковые модели, такие как широко используемая модель Vertically Generalized Production Model, были построены на типичных связях между поверхностным хлорофиллом и общим количеством хлорофилла в освещённом слое. Это исследование показало, что эти зависимости не выполняются в районах, где доминируют внутренние волны: одно и то же поверхностное значение соответствует значительно большему общему содержанию хлорофилла. Когда авторы скорректировали модель с учётом полевых измерений, они обнаружили, что предыдущие работы существенно недооценивали чистую первичную продукцию в волновой зоне. Вместо прироста на 15–37 процентов волны, по-видимому, увеличивают продукцию примерно на 89 процентов в тёплый сезон.

Пересмотр углеродного баланса океана

Когда скорректированные данные масштабировали на более широкий регион, внутренние волны добавляют как минимум 3,57 триллиона граммов углерода в год в виде нового растительного роста в Южно-Китайском море, что составляет около 2 процентов так называемой новой продукции всего бассейна. Это сопоставимо или больше годового вклада тропических циклонов на большей части западной части Северной Пацифики. Поскольку внутренние волны распространены во многих шельфовых морях мира и могут усилиться по мере усиления стратификации океана из‑за глобального потепления, их вклад в океанскую продуктивность и поглощение углерода, вероятно, значительно превосходит включённые в текущие глобальные оценки показатели.

Вывод для неспециалистов

Работа показывает, что часть наиболее важного роста растительности в океане происходит вне поля зрения, подпитываемая подводными волнами, которые перемешивают питательные вещества, не оставляя очевидных следов на поверхности. Полагаясь исключительно на цвет поверхности, существующие спутниковые модели пропускают почти половину этой дополнительной продукции в некоторых зонах, богатых волнами. Признание и более точный учёт этих скрытых вкладов будут важны для более корректной оценки морских экосистем и их роли в смягчении климата Земли.

Цитирование: Pan, X., Ho, TY., Wong, G.T.F. et al. Contribution of non-linear internal waves to marine net primary production has been underestimated. Sci Rep 16, 14497 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45238-1

Ключевые слова: внутренние волны, продуктивность океана, Южно-Китайское море, фитопланктон, углеродный цикл