Согласно новому исследованию, цветки фитопланктона, составляющие основу морской пищевой сети, расширяются на север в свободные ото льда воды, где их никогда раньше не видели.
Новое исследование, основанное на спутниковых снимках цвета океана, показывает, что весеннее цветение фитопланктона в Северном Ледовитом океане, которого раньше не было, расширяется на север со скоростью 1 градус широты за десятилетие. Хотя цветения или крупных взрывов фитопланктона ранее в этом районе не наблюдалось, фитопланктон присутствовал в центральном бассейне Арктики с низкой биомассой. Исследование также показало, что первичная продуктивность фитопланктона, или скорость, с которой фитопланктон преобразует солнечный свет в химическую энергию, увеличивается во время весеннего цветения.
Сокращение площади арктического морского льда за последние несколько десятилетий уступило место областям открытой воды, где может процветать фитопланктон, способствуя его экспансии на север, согласно авторам исследования. Исследователи не уверены, какое влияние это расширение окажет на пищевую сеть, но результаты показывают, что сокращение ледяного покрова непредвиденным образом влияет на морские экосистемы.
Если морской лед продолжит уменьшаться, это может привести к весеннему цветению фитопланктона дальше на север и еще больше повысить первичную продуктивность. Согласно исследованию, эти изменения могут повлиять на судьбу Северного Ледовитого океана как источника или поглотителя углерода.
«Если лед полностью исчезнет летом, это будет иметь последствия для весеннего цветения фитопланктона», - сказала Софи Рено, доктор философии. D. студент Университета Лаваля в Квебеке, Канада, и ведущий автор нового исследования в Geophysical Research Letters, журнале Американского геофизического союза. «Мы не можем точно предсказать, как она будет развиваться, но мы уверены, что это будет иметь серьезные последствия для всей экосистемы».
Фитопланктон в экосистеме
Фитопланктон - это микроскопические организмы, живущие в воде, потребляющие углекислый газ и выделяющие кислород посредством фотосинтеза. В этом процессе они преобразуют солнечный свет в химическую энергию. Фитопланктон составляет основу морской пищевой сети, косвенно питая все, от мелкой рыбы до многотонных китов.
По данным Земной обсерватории НАСА, рост фитопланктона зависит от наличия углекислого газа, солнечного света, питательных веществ, температуры и солености воды, глубины воды и пасущихся животных. Когда условия идеальны, рост популяции фитопланктона может резко увеличиться или расцвести. Хотя цветение может длиться несколько недель, продолжительность жизни отдельного фитопланктона редко превышает несколько дней.
Фитопланктон в Северном Ледовитом океане обычно цветет каждую весну. В прошлом цветение фитопланктона практически отсутствовало в самых высоких арктических широтах, поскольку эти районы обычно покрыты морским льдом. В последние десятилетия количество морского льда сократилось, в некоторых районах Арктики весной он вскрывается раньше или вообще не образуется.
В новом исследовании Рено и ее коллеги хотели выяснить, повлияло ли недавнее сокращение морского льда на весеннее цветение фитопланктона. Они использовали спутниковые наблюдения за цветом океана, которые позволяют оценить биомассу фитопланктона и первичную продуктивность, чтобы отслеживать изменения цветения каждую весну с 2003 по 2013 год.
Они обнаружили, что весеннее цветение распространяется дальше на север и увеличивается первичная продуктивность. Согласно исследованию, в весенние и летние месяцы чистая первичная продуктивность в Северном Ледовитом океане увеличилась на 31 процент в период с 2003 по 2013 год. Исследователи также обнаружили, что это цветение в Баренцевом и Карском морях, к северу от России, распространяется на север со скоростью 1 градус широты за десятилетие.
Неожиданные последствия сокращения морского льда
Таяние морского льда, происходящее в начале сезона, создает большие площади открытой воды, которые действуют как инкубаторы для роста фитопланктона и удлиняют его вегетационный период, согласно Renaut.
Авторы подозревают, что весеннее цветение когда-нибудь может распространиться на центральный бассейн Арктики, который охватывает почти все севернее 80-й широты. Однако первичная продуктивность, скорее всего, останется низкой из-за недостатка питательных веществ. Меньший ледяной покров означает, что весеннему цветению и цветению под льдом, возможно, также придется конкурировать за свет и питательные вещества, тем самым изменяя течение морской экосистемы. Результаты свидетельствуют о больших изменениях в этом регионе, который никогда не был свободен от ледяного покрова.
«Полярные районы - Южный океан и Северный Ледовитый океан - они действительно важны, потому что они играют решающую роль в регулировании глобального климата», - сказал Рено. «Если морской лед полностью исчезнет летом в Северном Ледовитом океане, чего мы ожидаем через несколько десятилетий, это окажет влияние на экосистему, а также, вероятно, на климат."
Патриция Ягер, профессор морских наук в Университете Джорджии, которая не участвовала в новом исследовании, сказала, что более ранний рост водорослей, который они наблюдали в некоторых районах, может иметь значительные последствия, если животные еще не готовы пастись на фитопланктон.
"Такое несовпадение во времени может вызвать серьезные изменения в арктической пищевой сети, затрагивающие не только местных животных и людей, которые там живут, но и глобальную популяцию мигрирующих животных, которые зависят от этих арктических ресурсов", - сказал Ягер. «То, что происходит в Арктике, не остается в Арктике».
Сесиль Руссо, научный сотрудник Ассоциации космических исследований университетов, которая не участвовала в новом исследовании, сказала, что исследование продвигает исследования в этой области, исследуя отдельные регионы Арктики на предмет продуктивности фитопланктона, и представляет собой свидетельство влияние сокращения ледяного покрова на биохимический цикл Северного Ледовитого океана. Однако Руссо отметил, что исследование имеет ограничения.
«Также важно помнить, что в настоящее время мы ограничены объемом данных, доступных для изучения этих изменений», - сказал Руссо. «Большие временные ряды спутниковых данных позволят нам подтвердить, сохраняются ли эти тенденции в продуктивности фитопланктона или нет».