10.07.2020 г.
Учёные фиксируют рекордный рост фитопланктона в Арктике

Рост фитопланктона в Северном Ледовитом океане увеличился на 57% за последние 20 лет, вместе с тем выросла и его способность поглощать углекислый газ. Ранее специалисты связывали это с таянием морского льда, но в настоящее время увеличение обусловлено ростом концентрации водорослей, к такому выводу пришли учёные из Стэнфордского университета.

По оценке специалистов, за последнее десятилетие этот всплеск заменил потерю морского льда в качестве крупнейшего фактора изменений в поглощении углекислого газа фитопланктоном.

Как отметил старший автор исследования Кевин Арриго, профессор Стэнфордской школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде (Stanford Earth), растущее влияние биомассы фитопланктона может представлять собой «существенный сдвиг режима» для Арктики — региона, который нагревается быстрее, чем где-либо ещё на Земле.

При этом основное внимание в исследовании уделяется измерению того, как быстро растения и водоросли преобразуют солнечный свет и углекислый газ в сахар, которым питаются другие существа.

«Это важно с точки зрения того, сколько пищи есть для остальной части экосистемы. И это один из основных способов, с помощью которых CO2 выводится из атмосферы в океан», — сказал Арриго.

В ходе исследований Арриго и его коллеги обнаружили, что показатели чистой первичной продукции (ЧПП) в Арктике увеличились на 57% в период между 1998 и 2018 годами. Это беспрецедентный скачок производительности для всего океанического бассейна. Ещё более удивительным является то, что хотя увеличение ЧПП первоначально было связано с отступлением морского льда, производительность продолжала расти даже после замедления таяния примерно в 2009 году.

«Увеличение ЧПП за последнее десятилетие обусловлено почти исключительно недавним увеличением биомассы фитопланктона», — рассказывает учёный.

Иными словами, эти микроскопические водоросли когда-то метаболизировали больше углерода в Арктике просто потому, что они получали больше открытой воды в течение более продолжительных вегетационных периодов благодаря климатическим изменениям ледяного покрова. Теперь они становятся более концентрированными, как густеющий суп из водорослей.

«В данном объёме воды каждый год растёт больше фитопланктона. Это первый раз, когда об этом сообщили в Северном Ледовитом океане», — отмечает ведущий автор исследования Кейт Льюис, которая работала над исследованием в качестве аспиранта в Стэнфордском отделении наук о системе Земли.

При этом фитопланктон для роста требует света и питательных веществ, но доступность и смешивание этих ингредиентов в толще воды зависит от сложных факторов. В результате хотя исследователи Арктики наблюдали, как в последние десятилетия цветение фитопланктона затормаживалось, они обсуждали, как долго может продолжится рост и как высоко он может подниматься.

Собрав новую огромную коллекцию измерений цвета океана для Северного Ледовитого океана и создав новые алгоритмы для оценки концентраций фитопланктона по ним, команда Стэнфорда обнаружила доказательства того, что продолжающееся увеличение производства может больше не ограничиваться дефицитными питательными веществами, как предполагалось ранее.

«Мы наблюдаем только начало, но похоже, что сейчас наблюдается сдвиг в сторону большего предложения питательных веществ», — сказал Арриго.

Исследователи выдвигают гипотезу, что новый поток питательных веществ поступает из других океанов и уносится из глубин Арктики.

«Мы знали, что в Арктике за последние несколько лет увеличился рост, но казалось, что система просто перерабатывает тот же запас питательных веществ. Наше исследование показывает, что это не так. Фитопланктон поглощает больше углерода из года в год, когда в океан попадают новые питательные вещества. Это было неожиданно, и это имеет большое экологическое воздействие», — сказала Льюис.

Извлечь эти данные исследователи смогли из измерений хлорофилла пигмента зелёного растения, взятого с помощью спутниковых датчиков и исследовательских групп. Но из-за необычного взаимодействия света, цвета и жизни в Арктике работа требовала новых алгоритмов.

Отчасти трудность связана с огромным объёмом поступающей речной воды чайного цвета, которая несёт растворённое органическое вещество, воспринимающееся датчиками как хлорофилл. Дополнительная сложность связана с необычными способами адаптации фитопланктона к крайне слабому свету Арктики.

«Когда вы используете глобальные спутниковые алгоритмы дистанционного зондирования в Северном Ледовитом океане, вы получаете серьёзные ошибки в своих оценках», — сказала Льюис.

Но несмотря на это, данные дистанционного зондирования необходимы для понимания долгосрочных тенденций в океаническом бассейне в одном из мест с самыми экстремальными условиями в мире, где одно непосредственное измерение ЧПП может потребовать круглосуточной работы группы учёных. Кэтти Льюис отмечает, что на борту ледокола она тщательно подбирала наборы цветов океана и измерений для ЧПП, а затем использовала скомпилированную базу данных для построения алгоритмов, адаптированных к уникальным условиям Арктики. И база данных, и алгоритмы теперь доступны для публичного использования.

Работа поможет определить, как изменение климата будет определять будущую продуктивность Северного Ледовитого океана, снабжение продовольствием и способность поглощать углерод.