Ze všech moří planety má Černé moře velmi zvláštní profil. Je obklopeno pevninou a mohlo by být dokonce mylně považováno za velké jezero, nebýt toho, že je přímo spojeno se Středozemním mořem prostřednictvím Bosporské úžiny, malé vodní cesty široké jeden kilometr. Moře obklopené pevninou, která určuje jeho zvláštní vlastnosti. “Hlavní přívod vody do Černého moře pochází z řek. Zejména Dunaj,” vysvětluje Arthur Capet, první autor publikace o úbytku kyslíku v Černém moři a výzkumný pracovník MAST pod vedením Marilaure Grégoire, ředitelky výzkumu FNRS. “Tato sladká voda, která má menší hustotu než mořská voda, kolonizuje horní vrstvy vodního sloupce, aniž by se mísila s nižšími vrstvami.” Spodní vrstvy jsou totiž mnohem slanější. Původ je třeba hledat jihozápadně od Černého moře, v Bosporu. “Zde dochází k výměně se Středozemním mořem ve dvou vrstvách. Sladká voda u hladiny odtéká a níže proudí slaná voda, která klesá přímo k hustším hladinám.”

Trvalá stratifikace spojená se slaností, haloklina, zbavuje hluboké vody kyslíku. Mořský potravní řetězec se proto vyvíjí nad touto hranicí, pod níž vody postrádají kyslík. “Přesto přítok ze Středozemního moře dodává malé množství kyslíku do mezivrstev. Nejenže obsahuje kyslík, ale při sestupu s sebou strhává povrchové vody. Tento kyslík se však velmi rychle spotřebovává při rozkladu organických látek.” Dochází k tomu, že organická hmota (plankton, řasy atd.), která vzniká na hladině fotosyntézou, se rozkládá nebo je spotřebována a vyloučena dalšími druhy v trofickém řetězci. V obou případech se nakonec potopí. Protože k rozkladu je zapotřebí kyslík, vyčerpá se i těch několik málo zásob, které existují ve spodních vrstvách.

“Okysličená, a tedy obyvatelná oblast Černého moře je velmi omezený prostor. Je tomu tak horizontálně, protože pánev je téměř úplně uzavřená, a také vertikálně díky této trvalé stratifikaci. Ve srovnání s jinými moři je tento omezený objem vystaven velkým vnějším vlivům. Je proto citlivější a může se rychle vyvíjet,” vysvětluje Arthur Capet. Právě tento typ vývoje mohl výzkumník pozorovat. Zpracováním údajů shromážděných za posledních 60 let zjistil, že se horní vrstva Černého moře bohatá na kyslík zmenšila ze 140 metrů na 90 metrů hloubky. Působivé údaje, které odpovídají více než 40 % snížení obytného objemu.

Trvalá stratifikace ve srovnání se sezónní stratifikací

Obsah soli podporuje trvalou vertikální stratifikaci v Černém moři. Kromě této trvalé stratifikace je sezónní stratifikace způsobena teplotou vody. “V zimě,” pokračuje Arthur Capet, “nižší teploty doprovázené silnějšími větry způsobují, že povrchová voda je chladnější a bohatší na kyslík. Studená voda je však hustší než teplá. Proto tato studená voda klesá a bere s sebou kyslík, který obsahuje. Tím vzniká ventilační efekt.” Právě tento periodický jev zásobuje hlubší vrstvy kyslíkem. V případě Středozemního moře klesají v zimě ochlazené povrchové vody ke dnu a zásobují kyslíkem celou pánev. V Černém moři jsou však tyto vody blokovány ve stálé haloklině, přestože jsou chladnější než hluboké vody. Z hlediska hustoty nakonec vítězí sůl nad teplotou. Studené vody zde končí svou pouť a zachovávají si kyslík. V létě se povrchové vody ohřívají a již neklesají, čímž se vytváří nové rozvrstvení vodního sloupce, termoklina.

Několik diagnostik k ověření přítomnosti kyslíku

K diagnostice tohoto zmenšení horní vrstvy bohaté na kyslík musel Arthur Capet vzít v úvahu dva zdroje variability, které bylo třeba rozlišit, aby se předešlo zkresleným závěrům. Na jedné straně časovou variabilitu, která poskytuje pohled na vývoj přítomnosti kyslíku v moři v čase, a na druhé straně prostorovou variabilitu. “Pronikání kyslíku není ve všech oblastech konzistentní. Zejména v blízkosti pobřeží, kde interakce mezi proudem a mořským dnem vyvolává zvýšené vertikální míchání, nebo v blízkosti Bosporské úžiny. Bylo nutné vzít v úvahu každé místo, kde byla měření prováděna, abychom získali jasný obraz tohoto vývoje v čase. A pak tu byla další potíž: dominantní proudy v Černém moři vytvářejí síly, které vertikální strukturu ve středu pánve zvedají a na okrajích ji snižují. To znamená, že při stejné hloubce bude voda v blízkosti pobřeží méně hustá než ve středu pánve.” Jinými slovy, místo aby tvořila horizontální hranici, připomíná haloklina spíše kopuli. Aby výzkumník překonal tuto další obtíž, kvantifikoval koncentraci kyslíku tak, že na jedné straně vyjádřil hloubku v metrech a na druhé straně hustotu. Což pak umožnilo najít konzistentní průměr pro celé povodí a stanovit přesný celkový vertikální profil vodního sloupce.

Příčiny tohoto překvapivého poklesu

Několik historických databází obsahovalo informace, shromážděné během řady kampaní, o distribuci kyslíku v Černém moři. Zkombinováním těchto údajů a údajů shromážděných bójemi ARGO, které volně plují a vysílají satelitní informace o vývoji teploty, slanosti a kyslíku, bylo možné porovnat více než 4000 profilů pořízených v letech 1955-2015. Díky návrhu průměru všech těchto diagnostik a inventarizaci množství kyslíku v Černém moři bylo konečné pozorování velmi přesné a jednoznačné. Průnik kyslíku klesal po celou druhou polovinu 20. století a zmenšil se ze 140 metrů v roce 1955 na pouhých 90 metrů v roce 2015.

Za tímto postupným poklesem stály postupně dvě příčiny. Zpočátku větší množství živin, poté globální oteplování. Až do 90. let 20. století se intenzita větrání spojená s dynamikou studených vod nesnižovala. V některých letech, během drsnějších zim, se dokonce zvyšovala. Mělo tedy docházet k většímu množství rozpuštěného kyslíku. Jeho koncentrace však v celém vodním sloupci nadále klesala. Příčinu bylo nutné hledat jinde než ve fyzikální reakci spojené s klimatem. “Ve skutečnosti,” dává Arthur Capet do souvislostí, “lze tento nedostatek vysvětlit rozsáhlou eutrofizací povodí v tomto období. Odpovídá velkému hospodářskému rozmachu v SSSR, kdy se rozvíjely obrovské zemědělské podniky a extenzivní chov dobytka. Navíc tento boom nebyl doprovázen ohledy na životní prostředí”. Hnojiva a organické odpady spojené s chovem se dostaly do řek a skončily v Černém moři. Ty měly velmi vysoký obsah dusičnanů a fosfátů, což podporovalo primární produkci. “Stejně jako hnojiva podporují růst rostlin, ovlivňují i produkci řas. Tyto řasy spotřebovávají kyslík, když se rozkládají nebo jsou spotřebovávány. Větší biomasa tedy vede k větší spotřebě kyslíku.” V roce 1990 tento příliv živin výrazně poklesl. Opět se zdá, že to souviselo s geopolitickými a hospodářskými souvislostmi, neboť se to shodovalo s pádem sovětského impéria a hospodářskými potížemi, které se v regionu vyskytly. Je to také okamžik, kdy byla uplatněna první rozsáhlá ekologická opatření.

A přesto se hladina kyslíku opět nezvýšila. Naopak, několik let, kdy byly zimy obzvlášť chladné, zůstávala stejná, než se opět snížila. Tentokrát bylo na vině globální oteplování, které ovlivnilo větrání. Pokud jsou zimy teplejší, vytváří se menší objem husté vody, což snižuje obsah kyslíku, když tyto vody klesají do halokliny. “Tento jev by se mohl ještě zhoršit. Dříve k této tvorbě studené vody docházelo každý rok. A přesto údaje shromážděné za posledních deset let svědčí o stále přerušovanější tvorbě studené vody. V současné době probíhá analýza našich výsledků, ale zdá se, že k tomuto kdysi každoročnímu větrání nyní dochází pouze jednou za dva až tři roky. Zatím nedokážeme určit důsledky tohoto jevu, ale v každém případě jsme svědky měnícího se systému.”

Kromě méně rozsáhlého a občasného promíchávání toto oteplování maskuje další efekt vedoucí k odkyselování. Jedna z chemických vlastností studené vody znamená, že se nasycuje méně rychle než voda teplá. Čím je voda chladnější, tím více může obsahovat rozpuštěných plynů, mezi něž samozřejmě patří kyslík. S ohříváním je povrchová voda stále méně schopná kyslík akumulovat. Následkem toho nejenže kyslík přestává osidlovat Černé moře v hloubce, ale navíc se snižuje jeho koncentrace v celém vodním sloupci. Odkysličování způsobené zvyšováním teploty vody je globální problém, který se týká všech oceánů. V současné době je tento problém brán vědeckou komunitou velmi vážně.

Význam, který je třeba kvantifikovat

Studie si klade za cíl především kvantifikovat fyzikální procesy spojené s vodním sloupcem prostřednictvím sběru a analýzy dat. Zdá se, že dynamika je nyní správně pochopena, a to jak z hlediska prostoru, tak i času. Velkou neznámou zůstává vliv, který tyto změny budou mít na ekosystém. Modely, které umožňují studium různých scénářů v Černém moři, musí být nyní integrovány s těmito novými údaji o haloklině, termoklině a oxyklině, aby bylo možné přesněji předpovědět jejich skutečný dopad. Již nyní je však možné prozkoumat několik cest. “Černé moře zjevně čelí výraznému stlačení své obyvatelné oblasti. V této vrstvě se tvoří celý ekosystém, od fytoplanktonu až po predátory, kteří se vyvíjejí v hlubších vodách. Celý trofický řetězec je ve vodním sloupci uspořádán podle přítomnosti světla nebo živin. Dříve byly organizovány v hloubce 140 metrů, nyní musí interakce mezi těmito trofickými skupinami najít novou rovnováhu v hloubce 90 metrů. To bude mít ekologický a ekonomický dopad. Rybolov, který je jednou z hlavních činností v regionu, se pravděpodobně bude muset této reorganizaci přizpůsobit.” Podle FAO činil v roce 2013 výlov 376 000 tun. Sotva dvakrát méně než v celém Středozemním moři.”

Toxický outsider

Jeden z posledních procesů si zaslouží být sledován. Jak již bylo zmíněno, biomasa při svém rozkladu spotřebovává kyslík. Když už kyslík není k dispozici, pokračuje tato biomasa v rozkladu, což vede ke spotřebě síranů bakteriemi a produkci sirovodíku (H2S), vysoce toxického plynu. Trvalá stratifikace Černého moře působí jako poklička nad hlubokými vodami, v nichž se tento sirovodík hromadí a dosahuje dnes nebývalých koncentrací. V současné době nic nedokazuje, že zmenšování hloubky pronikání kyslíku přímo odpovídá zmenšování hloubky nástupu sirovodíku. “Hloubka, ve které se H2S objevuje, neodpovídá přesně hloubce, ve které mizí kyslík. Ve střední zóně, která je suboxická a bez sirovodíku, probíhá celá řada meziprocesů. Zaměřili jsme se na kyslík a naše studie odhalila vzestup na horní hranici této zóny, ale ne na spodní. Můžeme předpokládat, že stratifikace Černého moře zůstane celkově stabilní. Je však možné, že pokud by H2S stoupal vzhůru, nestabilní klima nebo geologické podmínky by způsobily, že by sirovodík prorazil okysličenou vrstvu. To by mohlo mít závažné důsledky pro vodní život. Abychom zjistili situaci a vyřešili dynamiku H2S, musíme nyní tyto procesy modelovat a kvantifikovat a inventarizovat jeho koncentraci.”

.