Dintre toate mările planetei, Marea Neagră are un profil foarte special. Înconjurată de uscat, ar putea fi confundată chiar cu un mare lac, dacă nu ar fi faptul că este conectată direct la Marea Mediterană prin strâmtoarea Bosfor, o mică cale navigabilă de un kilometru lățime. O mare înconjurată de uscat care îi determină caracteristicile speciale. “Principala sursă de alimentare cu apă a Mării Negre provine din râuri. În special Dunărea”, explică Arthur Capet, primul autor al publicației privind scăderea oxigenului în Marea Neagră și cercetător la MAST, condus de Marilaure Grégoire, director de cercetare la FNRS. “Această apă dulce, care este mai puțin densă decât apa de mare, colonizează straturile superioare ale coloanei de apă fără a se amesteca cu straturile inferioare.” Deoarece straturile inferioare sunt mult mai sărate. Originea se găsește la sud-vest de Marea Neagră, în Bosfor. “Aici, există un schimb cu Marea Mediterană în două straturi. Apa dulce de la suprafață iese afară, iar mai jos, apa sărată intră și se scufundă direct spre nivelurile mai dense.”

Stratificarea permanentă legată de salinitate, haloclina, privează apele adânci de oxigen. Prin urmare, lanțul trofic marin se dezvoltă deasupra acestei limite sub care apele sunt lipsite de oxigen. “Cu toate acestea, afluxul mediteranean furnizează o cantitate mică de oxigen în straturile intermediare. Nu numai că conține oxigen, dar, pe măsură ce coboară, antrenează cu el apa de suprafață. Cu toate acestea, acest oxigen este foarte rapid consumat pe măsură ce materia organică se descompune.” Ceea ce se întâmplă este că materia organică (plancton, alge etc.), produsă la suprafață prin fotosinteză, se descompune sau este consumată și expulzată de alte specii din lanțul trofic. În ambele cazuri, aceasta se scufundă în cele din urmă. Deoarece are nevoie de oxigen pentru a se descompune, puținele rezerve care există în straturile inferioare sunt epuizate.

“Zona oxigenată și, prin urmare, locuibilă a Mării Negre este un spațiu foarte restrâns. Acest lucru este valabil atât pe orizontală, deoarece bazinul este aproape complet închis, cât și pe verticală, din cauza acestei stratificări permanente. În comparație cu alte mări, acest volum restrâns este expus unor influențe externe majore. Prin urmare, este mai sensibil și capabil să evolueze rapid”, explică Arthur Capet. Acest tip de evoluție este cel pe care cercetătorul a putut să-l observe. Compilând datele colectate în ultimii 60 de ani, el a observat că stratul superior bogat în oxigen al Mării Negre s-a micșorat de la 140 de metri la 90 de metri adâncime. Cifre impresionante care corespund unei scăderi de peste 40 % a volumului locuibil.

Stratificare permanentă în comparație cu stratificarea sezonieră

Conținutul de sare favorizează stratificarea verticală permanentă în Marea Neagră. La această stratificare permanentă se adaugă o stratificare sezonieră datorată temperaturii apei. “În timpul iernii”, continuă Arthur Capet, “temperaturile mai scăzute însoțite de vânturi mai puternice fac ca apa de suprafață să fie mai rece și mai bogată în oxigen. Cu toate acestea, apa rece este mai densă decât apa caldă. Prin urmare, această apă rece se scufundă și ia cu ea oxigenul pe care îl conține. Acest lucru creează un efect de ventilație”. Acest fenomen periodic este cel care alimentează straturile mai adânci cu oxigen. În cazul Mediteranei, apele de suprafață răcite în timpul iernii se scufundă spre fund, alimentând întregul bazin cu oxigen. Cu toate acestea, în Marea Neagră, aceste ape sunt blocate în haloclina permanentă, chiar dacă sunt mai reci decât apele de adâncime. În ceea ce privește densitatea, sarea învinge în cele din urmă temperatura. Apele reci își încheie aici călătoria și își păstrează oxigenul. Vara, apele de suprafață se încălzesc și nu se mai scufundă, creând astfel o nouă stratificare a coloanei de apă, termoclina.

Diverse diagnostice pentru a verifica prezența oxigenului

Pentru a diagnostica această micșorare a stratului superior bogat în oxigen, Arthur Capet a trebuit să ia în considerare două surse de variabilități care trebuiau să fie distinse pentru a evita concluziile tendențioase. Pe de o parte, variabilitatea temporală, care oferă o imagine a evoluției în timp a prezenței oxigenului în mare, iar pe de altă parte, variabilitatea spațială. “Pătrunderea oxigenului nu este constantă în toate zonele. Mai ales în apropierea coastelor, unde interacțiunea dintre curent și fundul mării induce un amestec vertical crescut, sau în apropierea strâmtorii Bosfor. A fost necesar să luăm în considerare fiecare loc în care au fost efectuate măsurători pentru a obține o imagine clară a acestei evoluții în timp. Și apoi a mai existat o altă dificultate: curenții dominanți din Marea Neagră creează forțe care ridică structura verticală în mijlocul bazinului și o coboară la periferie. Acest lucru înseamnă că, la aceeași adâncime, apa va fi mai puțin densă în apropierea coastei decât în mijlocul bazinului.” Cu alte cuvinte, mai degrabă decât să formeze o graniță orizontală, haloclina seamănă cu o cupolă. Pentru a depăși această dificultate suplimentară, cercetătorul a cuantificat concentrația de oxigen prin exprimarea adâncimii în metri, pe de o parte, și în termeni de densitate, pe de altă parte. Ceea ce a permis apoi să găsească o medie coerentă pentru întregul bazin și să stabilească un profil vertical general precis pentru coloana de apă.

Producătorii din spatele acestui declin uimitor

Câteva baze de date istorice conțineau informații, colectate în timpul mai multor campanii, despre distribuția oxigenului în Marea Neagră. Prin compilarea acestor cifre și a celor colectate de către balizele ARGO, care plutesc în derivă liberă și trimit prin satelit informații privind evoluția temperaturii, salinității și oxigenului, a fost posibilă compararea a peste 4000 de profile, realizate între 1955 și 2015. Propunând o medie a tuturor acestor diagnostice și inventariind cantitatea de oxigen din Marea Neagră, constatarea finală a fost foarte precisă și fără echivoc. Pătrunderea oxigenului a scăzut de-a lungul celei de-a doua jumătăți a secolului al XX-lea, micșorându-se de la 140 de metri în 1955 la doar 90 de metri în 2015.

Existau două cauze succesive în spatele acestei scăderi treptate. O abundență mai mare de nutrienți inițial, apoi încălzirea globală. Până în anii 1990, intensitatea ventilației legate de dinamica apelor reci nu a scăzut. Ba chiar a crescut în anumiți ani, în timpul iernilor mai aspre. Prin urmare, ar fi trebuit să existe o cantitate mai mare de oxigen dizolvat. Cu toate acestea, concentrația acestuia a continuat să scadă în întreaga coloană de apă. A fost necesar să se caute cauza în altă parte decât în reacția fizică legată de climă. “În realitate”, contextualizează Arthur Capet, “acest deficit poate fi explicat prin eutrofizarea extinsă a bazinului în această perioadă. Ea corespunde unui boom economic major în URSS, când s-au dezvoltat ferme uriașe și creșterea extensivă a vitelor. În plus, acest boom nu a fost însoțit de considerații de mediu”. Îngrășămintele și deșeurile organice legate de creșterea animalelor au ajuns în râuri și au ajuns în Marea Neagră. Acestea aveau un conținut foarte ridicat de nitrați și fosfați, ceea ce a încurajat producția primară. “La fel cum îngrășămintele încurajează plantele să crească, ele influențează și producția de alge. Aceste alge consumă oxigen atunci când se descompun sau sunt consumate. Prin urmare, o biomasă mai mare duce la un consum mai mare de oxigen.” În 1990, acest aflux de nutrienți a scăzut semnificativ. Din nou, se pare că a fost asociat cu un context geopolitic și economic, deoarece a coincis cu căderea imperiului sovietic și cu dificultățile economice întâmpinate în regiune. Este, de asemenea, momentul în care au fost aplicate primele măsuri de mediu pe scară largă.

Și totuși, nivelul de oxigen nu a crescut din nou. Dimpotrivă, a rămas același timp de câțiva ani, când iernile au fost deosebit de friguroase, înainte de a scădea din nou. De data aceasta, încălzirea globală a fost vinovată, influențând ventilația. Dacă iernile sunt mai călduroase, se generează un volum mai mic de apă densă, ceea ce reduce conținutul de oxigen atunci când aceste ape se scufundă până la halocline. “Fenomenul s-ar putea înrăutăți. Înainte, această formare de apă rece avea loc în fiecare an. Și totuși, cifrele colectate în ultimii zece ani atestă o formare tot mai intermitentă de apă rece. În prezent, suntem în curs de analiză a rezultatelor noastre, dar se pare că această ventilație, altădată anuală, are loc acum doar o dată la doi sau trei ani. Încă nu putem determina consecințele acestui fenomen, dar, în orice caz, suntem martorii unui sistem în schimbare.”

În afară de un amestec mai puțin extins și ocazional, această încălzire maschează un alt efect care duce la deoxigenare. Una dintre proprietățile chimice ale apei reci face ca aceasta să se satureze mai puțin rapid decât apa caldă. Cu cât apa este mai rece, cu atât poate conține mai mult gaz dizolvat, care include, evident, oxigenul. Pe măsură ce se încălzește, apa de suprafață este din ce în ce mai puțin capabilă să acumuleze oxigen. În consecință, nu numai că oxigenul nu mai colonizează Marea Neagră la adâncime, dar, în plus, concentrația sa scade în întreaga coloană de apă. Deoxigenarea cauzată de creșterea temperaturii apei este o problemă globală care privește toate oceanele. În prezent, problema este luată foarte în serios de către comunitatea științifică.

Implicații care urmează să fie cuantificate

Studiul urmărește în primul rând să cuantifice procesele fizice legate de coloana de apă prin colectarea și analizarea datelor. Dinamica pare să fie corect înțeleasă acum, atât din punct de vedere spațial, cât și temporal. Marea necunoscută rămâne influența pe care aceste variații o vor avea asupra ecosistemului. Modelele care permit studierea diferitelor scenarii în Marea Neagră trebuie acum să fie integrate cu aceste noi date privind haloclina, termoclina și oxiclina, astfel încât impactul lor real să poată fi prevăzut cu mai multă precizie. Cu toate acestea, pot fi explorate deja mai multe căi. “Marea Neagră se confruntă în mod clar cu o comprimare semnificativă a zonei sale locuibile. Întregul ecosistem se formează în acest strat, de la fitoplancton până la prădători, care evoluează în apele mai adânci. Întregul lanț trofic este organizat în coloana de apă în funcție de prezența luminii sau a nutrienților. Organizate anterior pe o adâncime de 140 de metri, interacțiunile dintre aceste grupuri trofice trebuie să găsească acum un nou echilibru pe o adâncime de 90 de metri. Acest lucru va avea un impact ecologic și economic. Pescuitul, care este una dintre activitățile majore din regiune, va trebui probabil să se adapteze la această reorganizare. “Potrivit FAO, capturile s-au ridicat la 376.000 de tone în 2013. De abia de două ori mai puțin decât pentru întreaga Mediterană.

Un străin toxic

Un ultim proces merită să fie monitorizat. După cum s-a menționat anterior, biomasa consumă oxigen pe măsură ce se descompune. Când nu mai există oxigen, această biomasă continuă să se descompună, ceea ce duce la consumul de sulfați de către bacterii și la producerea de hidrogen sulfurat (H2S), un gaz foarte toxic. Stratificarea permanentă a Mării Negre acționează ca un capac peste apele de adâncime, în care această sulfură de hidrogen s-a acumulat și atinge acum concentrații fără precedent. Nimic nu dovedește în prezent că scăderea adâncimii de pătrundere a oxigenului corespunde direct cu o scădere a adâncimii de apariție a hidrogenului sulfurat. “Adâncimea la care apare H2S nu corespunde exact cu adâncimea la care dispare oxigenul. Există o serie întreagă de procese intermediare într-o zonă mediană care este suboxică și lipsită de hidrogen sulfurat. Noi ne-am concentrat asupra oxigenului și studiul nostru a relevat o creștere în limita superioară a acestei zone, dar nu și în cea inferioară. Putem presupune că stratificarea Mării Negre va rămâne stabilă în general. Dar este posibil ca, în cazul în care H2S ar urca, condițiile climatice sau geologice instabile să determine hidrogenul sulfurat să străpungă stratul oxigenat. Acest lucru ar putea avea repercusiuni majore asupra vieții acvatice. Pentru a determina situația și pentru a rezolva dinamica H2S-ului, trebuie acum să modelăm aceste procese, să cuantificăm și să inventariem concentrația sa.”

.