В 2011 году исследователи наблюдали то, что должно было быть невозможным - массовое цветение фитопланктона, растущего под арктическим морским льдом в условиях, которые должны были быть слишком темными для того, чтобы выжить чему-либо, требующему фотосинтеза. Итак, как же был возможен этот расцвет?
Используя математическое моделирование, исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) обнаружили, что истончение арктического морского льда может быть причиной этого и большего количества цветений в будущем, что может привести к значительным нарушениям арктическая пищевая цепь.
Исследование описано в журнале Science Advances и является результатом сотрудничества исследователей из SEAS, Оксфордского университета и Университета Рединга.
Фитопланктон лежит в основе всей пищевой сети Арктики. Каждое лето, когда морской лед отступает, солнечные лучи, падающие на открытые воды, вызывают массовое цветение планктона. Эти шлейфы привлекают рыбу, которая привлекает более крупных хищников и служит пищей для коренных народов, живущих в Арктике.
Фитопланктон не должен расти подо льдом, потому что лед отражает большую часть солнечного света обратно в космос, блокируя его попадание в воду под ним.
Но за последние десятилетия арктический лед стал темнее и тоньше из-за повышения температуры, что позволяет все большему количеству солнечного света проникать в воду под ним. Большие темные лужи воды на поверхности льда, известные как талые пруды, увеличились, что снизило отражательную способность льда. Лед, который остается замороженным, тонкий и становится все тоньше.
«Наш большой вопрос заключался в том, сколько солнечного света проходит через морской лед, как в зависимости от толщины, которая уменьшается, так и в процентах талых водоемов, которые увеличиваются», - сказал Крис Хорват, сначала автор статьи и аспирант прикладной математики в SEAS.«Мы обнаружили, что мы перешли от состояния, в котором не было никакого потенциала для цветения планктона, к обширным регионам Арктики, восприимчивым к этим типам роста».
Математическое моделирование, проведенное командой, показало, что, хотя талые пруды способствуют созданию условий, благоприятных для цветения, самой большой причиной является толщина льда.
Двадцать лет назад только от 3 до 4 процентов арктического морского льда были достаточно тонкими, чтобы под ними могли цвести большие колонии планктона. Сегодня исследователи обнаружили, что почти 30 процентов покрытого льдом Северного Ледовитого океана допускают цветение подо льдом в летние месяцы.
«Уменьшение толщины морского льда в Арктике за последние 30 лет на метр резко изменило экологию в этом районе», - сказал Хорват. «Внезапно все наше представление о том, как работает эта экосистема, изменилось. Основа арктической пищевой сети теперь растет в другое время и в местах, менее доступных для животных, которым нужен кислород."
Исследователи надеются, что их модель будет полезна для планирования будущих экспедиций для наблюдения за этим цветением и измерения воздействия, которое этот сдвиг окажет на экосистемы.