Экспериментальная добыча полезных ископаемых на глубине около 1300 метров в Южно-Китайском море вызвала заметные изменения в экосистеме морского дна. Учёные обнаружили, что горные работы нарушили распределение питательных веществ и повлияли на микроорганизмы, от которых зависит их круговорот. Причём изменения проявились уже во время испытания добывающего оборудования.
Глубоководные экосистемы могут казаться далёкими от повседневной жизни человека, однако их состояние связано с процессами, происходящими у поверхности океана. Например, в Южно-Китайском море богатые питательными веществами глубинные воды поднимаются вверх и поддерживают прибрежное рыболовство, от которого ежегодно зависят средства к существованию примерно 3,7 миллиона человек.
В то же время морское дно привлекает добывающие компании огромными запасами минерального сырья. Особый интерес представляют полиметаллические конкреции, богатые кобальтом горные породы и другие месторождения полезных ископаемых.
Но последствия их добычи для глубоководной среды остаются недостаточно изученными. Новое исследование специалистов Китайской академии наук позволило увидеть, как горные работы влияют на микроорганизмы, обеспечивающие важнейшие химические процессы на морском дне.
В основу работы легли данные испытания, проведённого в Южно-Китайском море в 2020 году. Тогда на глубине около 1300 метров добывали образцы горных пород с высоким содержанием кобальта.
Технология предусматривала дробление породы на мелкие фрагменты непосредственно на морском дне с последующим подъёмом материала на поверхность. Однако работа оборудования сопровождалась взмучиванием большого количества донных отложений и других твёрдых частиц.
Чтобы оценить последствия, исследователи использовали пилотируемый подводный аппарат, который собирал пробы воды до начала добычи и во время её проведения. Образцы брали непосредственно у дна, а также на высоте 30 и 50 метров над участком разработки.
Анализ показал, что добыча заметно изменила распределение неорганических питательных веществ в придонном слое воды толщиной 50 метров. Особенно выраженные изменения касались соединений азота и кремния.
Однако учёных интересовало не только изменение химического состава воды. Они также изучили ДНК микроорганизмов, обнаруженных в образцах воды и на поверхности добываемых пород. Для этого были собраны материалы как с наружных, так и с нижних участков камней.
Основное внимание исследователи уделили генам, участвующим в круговороте питательных веществ. Эти микроорганизмы обеспечивают химические превращения, необходимые для движения веществ и энергии в морской экосистеме, помогая поддерживать её динамическое равновесие.
Результаты выявили существенные изменения в микробных сообществах уже во время добычи.
В пробах воды, собранных при работающем оборудовании, значительно сократилась распространённость генов, участвующих в превращении азота в формы, доступные живым организмам. Наиболее выраженное снижение наблюдалось непосредственно возле морского дна.
Одновременно увеличилась распространённость генов, связанных с денитрификацией. Так называется процесс, при котором микроорганизмы превращают соединения азота в газообразные формы. Рост количества таких генов обнаружили как в воде, так и на поверхности горных пород.
Кроме того, во время добычи стало больше генов, участвующих в диссимиляционном восстановлении сульфатов — ещё одном химическом процессе, который протекает в анаэробных условиях, то есть без участия кислорода.
В совокупности эти изменения указывают на то, что добыча полезных ископаемых способна практически сразу нарушать процессы круговорота питательных веществ в глубоководной микробной экосистеме.
Исследователи предложили несколько объяснений обнаруженных эффектов.
Подавление процессов фиксации азота и восстановления нитритов может быть связано с повышением мутности воды и осаждением частиц, поднятых со дна работающим оборудованием.
Одновременно увеличение распространённости генов денитрификации может свидетельствовать о формировании условий с недостатком кислорода. По предположению авторов, это могло произойти из-за увеличения количества органического вещества и снижения концентрации кислорода после нарушения донных отложений.
Таким образом, механическое воздействие на морское дно способно менять не только физические характеристики окружающей среды, но и условия, в которых протекают микробные химические реакции.
Авторы также отмечают, что облака взвешенных частиц могут уменьшать проникновение света в воду. Однако на исследованную глубину солнечный свет не достигает, поэтому этот механизм не объясняет изменения, обнаруженные непосредственно в ходе эксперимента.
При этом у исследования есть важное ограничение. В публикации не указано, сколько времени прошло между сбором проб до начала добычи и взятием образцов во время работы оборудования. Поэтому точно установить скорость возникновения изменений невозможно.
Авторы характеризуют обнаруженные последствия как краткосрочные, противопоставляя их потенциальным долговременным изменениям, которые рассматривались в предыдущих исследованиях глубоководной добычи.
Несмотря на сохраняющиеся вопросы о воздействии на морские экосистемы, интерес к разработке подводных месторождений продолжает расти.
Полномасштабная коммерческая глубоководная добыча пока не началась, однако Международный орган по морскому дну уже выдал 31 контракт на геологоразведочные работы. Пять из них принадлежат Китаю.
В США Национальное управление океанических и атмосферных исследований рассматривает возможность разрешить компании The Metals Company разведку глубоководных минеральных ресурсов в зоне Кларион — Клиппертон. Общественное обсуждение этой процедуры было открыто до 19 октября.
Одновременно биологи и экономисты всё чаще задаются вопросом, оправданы ли риски подобных проектов.
Недавний независимый экономический анализ компании Koinon Consulting показал, что глубоководная добыча может обернуться для инвесторов многомиллиардными потерями даже без учёта экологических последствий.
Директор компании Джонни Уэст в интервью изданию Oceanographic заявил, что глубоководная добыча не выглядит привлекательным направлением для инвестиций. По его оценке, потенциальная доходность слишком мала по сравнению с техническими, производственными, экологическими, ценовыми, рыночными и социальными рисками.
Авторы нового исследования обращают внимание на ещё одно обстоятельство: даже относительно кратковременное вмешательство человека способно вызвать неблагоприятные изменения в глубоководных экосистемах.
Обнаруженные нарушения круговорота азота и других веществ показывают, насколько важно изучать последствия добычи до перехода к промышленным масштабам. Ведь изменения затрагивают не только место непосредственной разработки месторождения, но и микроорганизмы, от которых зависит химическое равновесие окружающей водной среды.
По мнению исследователей, результаты подчёркивают необходимость более подробного и срочного изучения воздействия глубоководной добычи на морские экосистемы.
Научная работа опубликована в журнале Total Environment Microbiology.
