Профинансированное НАСА исследование 11 крупнейших пресноводных озер в мире в сочетании с полевыми и спутниковыми наблюдениями, чтобы дать новое понимание того, как большие водоемы связывают углерод, а также как взаимодействуют изменяющийся климат и озера.
Ученые Мичиганского технологического исследовательского института (MTRI) изучили пять Великих Лаврентийских озер, граничащих с США и Канадой; три Великих африканских озера: Танганьика, Виктория и Малави; озеро Байкал в России; и Большое Медвежье и Большое Невольничье озеро в Канаде.
Эти 11 озер содержат более 50% поверхностной пресной воды, на которую полагаются миллионы людей и бесчисленное множество других существ, что подчеркивает важность понимания того, как они изменяются под воздействием изменения климата и других факторов.
В двух канадских озерах и озере Танганьика произошли самые большие изменения в первичной продуктивности - рост водорослей в водоеме. Колебания продуктивности указывают на большие изменения в озерных экосистемах.
«Основой пищевой цепи в этих озерах является продуктивность водорослей. Эти озера имеют океанический размер и объединяются с фитопланктоном - мелкими водорослями», - сказал соавтор Гэри Фаненстил, научный сотрудник MTRI и недавно вышедший на пенсию. старший научный сотрудник Лаборатории экологических исследований Великих озер NOAA. «Мы измерили скорость фиксации углерода, то есть скорость, с которой водоросли фотосинтезируют в этих озерах. Поскольку эта скорость изменяется, увеличивается или уменьшается, это означает, что меняется все озеро, которое имеет разветвления по всей пищевой цепи, от зоопланктона до рыб."
На эти озера влияет множество факторов. Изменение климата, увеличение количества питательных веществ (эвтрофикация) и инвазивные виды - все это в совокупности приводит к общесистемным изменениям, что затрудняет определение конкретных причин, особенно с земли при ограниченных наблюдениях на местах.
Подсчет фитопланктона с помощью цвета
Но спутниковые снимки упростили сортировку среди шума и дают представление о времени и пространстве. Майкл Сейерс, научный сотрудник MTRI и ведущий автор исследования, использует дистанционное зондирование цвета океана, делая выводы о типе и количестве фитопланктона на основе цвета воды, чтобы отслеживать динамику пресноводного фитопланктона.
«Мы полагались на активы НАСА - спутник MODIS, который летает с 2002 года, к которому мы применяем алгоритм и модель, которые мы разрабатывали в MTRI в течение десяти лет», - сказал Сэйерс. «Когда мы начинаем подсчитывать количество пикселей в качестве наблюдений за 11 озерами по всему миру в течение 16 лет, это действительно замечательно». Пиксели, наблюдаемые на озере, исчисляются миллионами, добавил он.
Одним из наиболее примечательных аспектов результатов является то, насколько быстро произошли изменения в этих пресноводных озерах - заметные изменения произошли менее чем за 20 лет. Исследование способствует достижению цели Системы мониторинга углерода НАСА по определению того, какой вклад пресноводных озер в глобальный углеродный цикл.
«В трех крупнейших озерах мира наблюдаются серьезные изменения, связанные с изменением климата, с изменением общей биологической продуктивности на 20-25% всего за последние 16 лет», - сказал Фаненштиль.
Больше, чем водоросли
За 16 лет наблюдений в озерах Большое Медведье и Большое Невольничье в северной Канаде наблюдался наибольший рост продуктивности, в то время как в озере Танганьика в юго-восточной Африке наблюдалось снижение. Тенденции связаны с повышением температуры воды, а также солнечной радиацией и уменьшением скорости ветра.
Сэйерс сказал, что рассмотрение продуктивности, обилия водорослей, прозрачности воды, температуры воды, солнечной радиации и скорости ветра в пресноводных озерах дает более полную картину всей экосистемы.
«Температура и солнечная радиация являются факторами изменения климата», - сказал Сэйерс. «Изменения хлорофилла и прозрачности воды не обязательно вызваны изменением климата, но могут быть вызваны эвтрофикацией или инвазивными видами, такими как мидии quagga».
Исследователи использовали измерения озера, выполненные исследовательским флотом Исследовательского центра Великих озер, чтобы проверить достоверность спутниковых наблюдений и предоставить данные для оценок модели.
В журнале Water опубликована статья «Тенденции фиксации углерода в одиннадцати крупнейших озерах мира: 2003-2018». Исследователи планируют продолжить свои исследования, применяя то, что они узнали до сих пор, к роли вредоносного цветения водорослей в потоке углерода в атмосферу.
Как говорится, вода - это жизнь. Лучшее понимание того, как изменения продуктивности озер влияют на водоемы, от которых так зависят многие люди, важно для сообществ, живущих на берегах озер. Это также важно для мирового сообщества, поскольку мы глубже погружаемся в роль пресноводных озер в глобальном углеродном цикле и изменении климата.
Врезка: Как озера устраняют выбросы углерода?
Фитопланктон - это микроскопические водоросли, которые фотосинтезируют или производят энергию из солнечного света. Фиксация углерода является частью фотосинтеза - неорганический углерод (в частности, углекислый газ) превращается организмом в органическое соединение. Все живые существа на Земле содержат органический углерод. Количество фитопланктона и скорость его фотосинтеза равны скорости фиксации углерода в озере.