A bolygó összes tengere közül a Fekete-tenger nagyon különleges profilú. Szárazfölddel körülvéve akár egy nagy tónak is összetéveszthetnénk, ha nem lenne közvetlen összeköttetése a Földközi-tengerrel a Boszporusz-szoroson, egy kis, egy kilométer széles vízi úton keresztül. Egy szárazfölddel körülvett tenger, amely meghatározza különleges tulajdonságait. “A Fekete-tenger fő vízutánpótlása folyókból származik. Különösen a Duna” – magyarázza Arthur Capet, a Fekete-tenger oxigénszintjének csökkenéséről szóló kiadvány első szerzője, a Marilaure Grégoire, az FNRS kutatási igazgatója által vezetett MAST kutatója. “Ez az édesvíz, amely kisebb sűrűségű, mint a tengervíz, a vízoszlop felső rétegeit kolonizálja anélkül, hogy keveredne az alsóbb rétegekkel.” Mivel az alsó rétegek sokkal sósabbak. Az eredet a Fekete-tengertől délnyugatra, a Boszporuszban található. “Itt két rétegben történik a Földközi-tengerrel való csere. A felszínen lévő édesvíz kifelé áramlik, lejjebb pedig a sós víz áramlik be, és közvetlenül a sűrűbb rétegek felé süllyed.”

A sótartalomhoz kapcsolódó állandó rétegződés, a haloklin, megfosztja a mélyvizet az oxigéntől. A tengeri tápláléklánc ezért e határvonal felett alakul ki, amely alatt a vizek nem tartalmaznak oxigént. “Mindamellett a Földközi-tengeri beáramlás kis mennyiségű oxigénnel látja el a köztes rétegeket. Nemcsak oxigént tartalmaz, hanem ahogy leereszkedik, a felszíni vizet is magával ragadja. Ez az oxigén azonban a szerves anyag bomlásával nagyon gyorsan elfogy”. Az történik, hogy a felszínen a fotoszintézis által termelt szerves anyag (plankton, alga stb.) lebomlik, vagy a trofikus lánc más fajai elfogyasztják és kiűzik. Mindkét esetben ez végül elsüllyed. Mivel a lebontáshoz oxigénre van szükség, az alsóbb rétegekben lévő kevés tartalék kimerül.”

“A Fekete-tenger oxigéndús és ezért lakható területe nagyon szűk tér. Ez így van vízszintesen is, mert a medence szinte teljesen zárt, és függőlegesen is, ennek az állandó rétegződésnek köszönhetően. Más tengerekkel összehasonlítva ez a korlátozott térfogat jelentős külső hatásoknak van kitéve. Ezért érzékenyebb és gyorsabb fejlődésre képes” – magyarázza Arthur Capet. Ez az a fajta evolúció, amelyet a kutató megfigyelhetett. Az elmúlt 60 év során gyűjtött adatokat összesítve megállapította, hogy a Fekete-tenger oxigénben gazdag felső rétege 140 méterről 90 méter mélyre zsugorodott. Lenyűgöző számok, amelyek a lakható térfogat több mint 40%-os csökkenésének felelnek meg.

Az állandó rétegződés a szezonális rétegződéssel szemben

A Fekete-tengerben a sótartalom az állandó függőleges rétegződésnek kedvez. Az állandó rétegződés mellett a víz hőmérsékletéből adódóan szezonális rétegződés is létezik. “Télen – folytatja Arthur Capet – a magasabb széllel kísért alacsonyabb hőmérséklet hidegebbé és oxigénben gazdagabbá teszi a felszíni vizet. A hideg víz azonban sűrűbb, mint a meleg víz. Ezért ez a hideg víz lesüllyed, és magával viszi a benne lévő oxigént. Ez szellőztető hatást hoz létre”. Ez az időszakos jelenség az, ami a mélyebb rétegeket oxigénnel látja el. A Földközi-tenger esetében a télen lehűlt felszíni vizek lesüllyednek a mélybe, oxigénnel ellátva az egész medencét. A Fekete-tengerben azonban ezek a vizek elakadnak az állandó haloklinában, annak ellenére, hogy hidegebbek, mint a mélyvizek. A sűrűség szempontjából a só végül győz a hőmérséklet felett. A hideg vizek itt fejezik be útjukat, és megtartják az oxigént. Nyáron a felszíni vizek felmelegednek, és nem süllyednek tovább, így jön létre a vízoszlop új rétegződése, a termokliné.

Az oxigén jelenlétének ellenőrzésére szolgáló többféle diagnosztika

Az oxigénben gazdag felső réteg zsugorodásának diagnosztizálásához Arthur Capet-nek két változékonysági forrást kellett figyelembe vennie, amelyeket az elfogult következtetések elkerülése érdekében meg kellett különböztetnie. Egyrészt az időbeli változékonyságot, amely képet ad a tengerben lévő oxigén jelenlétének időbeli alakulásáról, másrészt a térbeli változékonyságot. “Az oxigén behatolása nem minden területen egyenletes. Különösen a partok közelében, ahol az áramlás és a tengerfenék közötti kölcsönhatás fokozott vertikális keveredést idéz elő, vagy a Boszporusz-szoros közelében. Minden olyan helyet figyelembe kellett venni, ahol a méréseket végezték, hogy világos képet kapjunk erről az időbeli fejlődésről. Aztán volt még egy nehézség: a Fekete-tengerben uralkodó áramlatok olyan erőket hoznak létre, amelyek a medence közepén megemelik a függőleges szerkezetet, a periférián pedig csökkentik azt. Ez azt jelenti, hogy azonos mélységben a víz a part közelében kevésbé lesz sűrű, mint a medence közepén”. Más szóval, a halokliné ahelyett, hogy vízszintes határt képezne, inkább egy kupolára hasonlít. Hogy leküzdje ezt a további nehézséget, a kutató úgy számszerűsítette az oxigénkoncentrációt, hogy egyrészt a mélységet méterben, másrészt a sűrűségben fejezte ki. Ami aztán lehetővé tette, hogy egységes átlagot találjon az egész medencére vonatkozóan, és pontos általános függőleges profilt állítson fel a vízoszlopra vonatkozóan.

A meghökkentő csökkenés mozgatórugói

Egy sor történelmi adatbázis tartalmazta a Fekete-tenger oxigéneloszlásáról szóló, több kampány során gyűjtött információkat. Ezeket az adatokat és a szabadon sodródó, a hőmérséklet, a sótartalom és az oxigén alakulásáról műholdas adatokat küldő ARGO bóják által gyűjtött adatokat összevetve több mint 4000, 1955 és 2015 között készült profilt lehetett összehasonlítani. Mindezen diagnosztikai adatok átlagát javasolva és a Fekete-tenger oxigénmennyiségét leltározva a végső megállapítás nagyon pontos és egyértelmű volt. Az oxigén behatolása a 20. század második felében folyamatosan csökkent, az 1955-ös 140 méterről 2015-re mindössze 90 méterre zsugorodott.

A fokozatos csökkenés mögött két egymást követő ok állt. Kezdetben a nagyobb tápanyagbőség, majd a globális felmelegedés. Az 1990-es évekig a hideg vizek dinamikájához kapcsolódó szellőzés intenzitása nem csökkent. Bizonyos években, a keményebb teleken még nőtt is. Ezért nagyobb mennyiségű oldott oxigénnek kellett volna lennie. A koncentrációja azonban a teljes vízoszlopban tovább csökkent. Az okot máshol kellett keresni, mint az éghajlattal összefüggő fizikai reakcióban. “A valóságban” – kontextualizálja Arthur Capet – “ez a hiány a medence kiterjedt eutrofizációjával magyarázható ebben az időszakban. Ez egybeesik a Szovjetunió nagy gazdasági fellendülésével, amikor hatalmas gazdaságok és kiterjedt szarvasmarha-tenyésztés jött létre. Ráadásul ezt a fellendülést nem kísérték környezetvédelmi megfontolások”. A tenyésztéssel kapcsolatos műtrágyák és szerves hulladékok a folyókba kerültek, és a Fekete-tengerbe kerültek. Ezek nagyon magas nitrát- és foszfáttartalommal rendelkeztek, ami ösztönözte az elsődleges termelést. “Ahogy a műtrágyák ösztönzik a növények növekedését, úgy befolyásolják az algák termelését is. Ezek az algák oxigént fogyasztanak, amikor lebomlanak vagy elfogynak. A nagyobb biomassza tehát nagyobb oxigénfogyasztáshoz vezet”. 1990-ben ez a tápanyagbeáramlás jelentősen csökkent. Úgy tűnik, hogy ez ismét geopolitikai és gazdasági összefüggésekkel függött össze, mivel egybeesett a szovjet birodalom bukásával és a térségben tapasztalt gazdasági nehézségekkel. Ez az a pillanat is, amikor az első széles körű környezetvédelmi intézkedéseket alkalmazták.

Az oxigénszint mégsem emelkedett újra. Ellenkezőleg, néhány évig, amikor a telek különösen hidegek voltak, változatlan maradt, majd ismét csökkent. Ezúttal a globális felmelegedés volt a bűnös, a szellőzés befolyásolásával. Ha melegebbek a telek, kisebb mennyiségű sűrű víz keletkezik, ami csökkenti az oxigéntartalmat, amikor ezek a vizek lesüllyednek a haloklinába. “A jelenség még tovább súlyosbodhat. Korábban ez a hidegvíz-képződés minden évben megtörtént. Az elmúlt tíz év során összegyűjtött adatok mégis arról tanúskodnak, hogy a hideg víz egyre inkább szakaszosan képződik. Jelenleg elemezzük az eredményeinket, de úgy tűnik, hogy ez az egykor éves szellőzés most már csak két-háromévente következik be. Még nem tudjuk meghatározni ennek a jelenségnek a következményeit, de mindenesetre egy változó rendszer tanúi vagyunk.”

A kevésbé kiterjedt és alkalmi keveredés mellett ez a felmelegedés egy másik, oxigénhiányhoz vezető hatást is elfed. A hideg víz egyik kémiai tulajdonsága azt jelenti, hogy kevésbé gyorsan telítődik, mint a meleg víz. Minél hidegebb a víz, annál több benne az oldott gáz, ami nyilvánvalóan oxigént is tartalmaz. Ahogy melegszik, a felszíni víz egyre kevésbé képes oxigént felhalmozni. Ennek következtében nemcsak az oxigén nem telepszik meg többé a Fekete-tenger mélyén, hanem az oxigén koncentrációja is csökken a teljes vízoszlopban. A víz hőmérsékletének emelkedése által okozott oxigénhiányosodás globális probléma, amely az összes óceánt érinti. A tudományos közösség ma már nagyon komolyan veszi a problémát.

Kvantitatívan meghatározandó következmények

A tanulmány célja mindenekelőtt a vízoszlophoz kapcsolódó fizikai folyamatok számszerűsítése az adatok gyűjtésével és elemzésével. Úgy tűnik, hogy a dinamikát most már megfelelően megértették, mind térben, mind időben. A nagy ismeretlen továbbra is az, hogy ezek a változások milyen hatással lesznek az ökoszisztémára. A Fekete-tenger különböző forgatókönyveinek tanulmányozását lehetővé tevő modelleket most integrálni kell ezekkel az új haloklin-, termoklin- és oxiklin-adatokkal, hogy azok valós hatásait pontosabban meg lehessen jósolni. Számos lehetőség azonban már most is feltárható. “A Fekete-tenger egyértelműen lakható területének jelentős összenyomódása előtt áll. Az egész ökoszisztéma ebben a rétegben alakul ki, a fitoplanktontól a mélyebb vizekben fejlődő ragadozókig. A teljes trofikus lánc a fény vagy a tápanyagok jelenléte szerint szerveződik a vízoszlopban. Korábban 140 méteres mélységben szerveződött, a trofikus csoportok közötti kölcsönhatásoknak most 90 méteres mélységben kell új egyensúlyt találniuk. Ennek ökológiai és gazdasági hatásai lesznek. A halászatnak, amely a régió egyik fő tevékenysége, valószínűleg alkalmazkodnia kell majd ehhez az átrendeződéshez.” A FAO szerint a fogás 2013-ban 376 000 tonnát tett ki. Alig kétszer kevesebb, mint a Földközi-tenger egészén.”

Egy mérgező kívülálló

Egy utolsó folyamatot érdemes figyelemmel kísérni. Mint korábban említettük, a biomassza bomlás közben oxigént fogyaszt. Amikor nincs több oxigén, ez a biomassza tovább bomlik, ami a baktériumok szulfátfogyasztásához és a rendkívül mérgező gáz, a kénhidrogén (H2S) termeléséhez vezet. A Fekete-tenger állandó rétegződése fedőként hat a mély vizek felett, amelyekben ez a kénhidrogén felhalmozódott, és mára soha nem látott koncentrációt ért el. Jelenleg semmi sem bizonyítja, hogy az oxigén behatolási mélységének csökkenése közvetlenül egybeesik a hidrogén-szulfid kezdeti mélységének csökkenésével. “A mélység, ahol a H2S megjelenik, nem pontosan egyezik meg azzal a mélységgel, ahol az oxigén eltűnik. Közbenső folyamatok egész sora zajlik a szuboxikus és hidrogén-szulfidtól mentes középső zónában. Mi az oxigénre összpontosítottunk, és a vizsgálatunk kimutatta, hogy ennek a zónának a felső határán emelkedés tapasztalható, de az alsó zónában nem. Feltételezhetjük, hogy a Fekete-tenger rétegződése összességében stabil marad. De lehetséges, hogy ha a H2S felfelé emelkedne, akkor instabil éghajlati vagy geológiai körülmények miatt a hidrogén-szulfid áthatolna az oxigénnel telített rétegen. Ez komoly következményekkel járhatna a vízi élővilágra nézve. A helyzet meghatározásához és a H2S dinamikájának megoldásához most modelleznünk kell ezeket a folyamatokat, és számszerűsítenünk és leltároznunk kell a koncentrációját.”