Исследование появится 10 июля в журнале Science. Старший автор Кевин Арриго, профессор Стэнфордской школы Земли, энергетики и наук об окружающей среде (Stanford Earth), сказал, что растущее влияние биомассы фитопланктона может представлять «существенный сдвиг режима» для Арктики, региона, который нагревается быстрее, чем где-либо еще. на земле.
Исследование сосредоточено на чистой первичной продукции (NPP), показателе того, насколько быстро растения и водоросли превращают солнечный свет и углекислый газ в сахар, который могут есть другие существа. «Ставки действительно важны с точки зрения того, сколько еды есть для остальной части экосистемы», – сказал Арриго. «Это также важно, потому что это один из основных способов вывода CO2 из атмосферы в океан."
Густой суп
Арриго и его коллеги обнаружили, что с 1998 по 2018 год количество АЭС в Арктике увеличилось на 57 процентов. Это беспрецедентный скачок производительности для всего океанского бассейна.
Более удивительным является открытие, что, хотя увеличение АЭС изначально было связано с отступлением морского льда, продуктивность продолжала расти даже после того, как таяние замедлилось примерно в 2009 году. «Увеличение ЧПП за последнее десятилетие почти исключительно связано с недавним увеличением биомассы фитопланктона», – сказал Арриго.
Другими словами, эти микроскопические водоросли когда-то усваивали больше углерода по всей Арктике просто потому, что они получали больше открытой воды в течение более длительных вегетационных сезонов благодаря климатическим изменениям ледяного покрова. Теперь они становятся более концентрированными, как густой суп из водорослей.
«При заданном объеме воды каждый год могло расти больше фитопланктона», – сказала ведущий автор исследования Кейт Льюис, которая работала над исследованием в качестве аспиранта в Стэнфордском отделении наук о системе Земли. "Это первый раз, когда об этом сообщают в Северном Ледовитом океане."
Новые запасы еды
Фитопланктону для роста нужен свет и питательные вещества.
Но доступность и смешивание этих ингредиентов в толще воды зависит от сложных факторов. В результате, хотя арктические исследователи наблюдали, как в последние десятилетия цветение фитопланктона становится чрезмерным, они обсуждают, как долго может длиться бум и насколько высоко он может подняться.
Собрав новую массивную коллекцию измерений цвета океана для Северного Ледовитого океана и построив новые алгоритмы для оценки концентраций фитопланктона по ним, команда из Стэнфорда обнаружила доказательства того, что продолжающийся рост производства больше не может быть ограничен дефицитом питательных веществ, как когда-то предполагалось. «Пока еще рано, но похоже, что сейчас наблюдается сдвиг в сторону большего количества питательных веществ», – сказали Арриго, Дональд и Дональд М. Стальной профессор наук о Земле.
Исследователи предполагают, что новый приток питательных веществ поступает из других океанов и поднимается из глубин Арктики. «Мы знали, что в Арктике увеличилось производство за последние несколько лет, но казалось возможным, что система просто перерабатывает те же запасы питательных веществ», – сказал Льюис. "Наше исследование показывает, что это не так.
Фитопланктон из года в год поглощает все больше углерода, поскольку в этот океан поступают новые питательные вещества. Это было неожиданно и имело большие экологические последствия."
Расшифровка Арктики
Исследователи смогли извлечь эту информацию из измерений хлорофилла пигмента зеленых растений, полученных с помощью спутниковых датчиков и исследовательских круизов. Но из-за необычного взаимодействия света, цвета и жизни в Арктике работа потребовала новых алгоритмов. «Северный Ледовитый океан – самое сложное место в мире для спутникового дистанционного зондирования», – пояснил Арриго. "Алгоритмы, которые работают повсюду в мире – которые смотрят на цвет океана, чтобы определить, сколько там фитопланктона – вообще не работают в Арктике."
Сложность частично связана с огромным объемом поступающей речной воды цвета чая, содержащей растворенные органические вещества, которые дистанционные датчики ошибочно принимают за хлорофилл.
Дополнительная сложность связана с необычными способами адаптации фитопланктона к чрезвычайно низкой освещенности в Арктике. «Когда вы используете глобальные алгоритмы спутникового дистанционного зондирования в Северном Ледовитом океане, вы в конечном итоге получаете серьезные ошибки в своих оценках», – сказал Льюис.
Тем не менее, эти данные дистанционного зондирования необходимы для понимания долгосрочных тенденций в океаническом бассейне в одной из самых экстремальных сред в мире, где одно прямое измерение АЭС может потребовать 24 часов круглосуточной работы группы ученых. на борту ледокола, сказал Льюис. Она тщательно курировала наборы цветов океана и измерений АЭС, а затем использовала скомпилированную базу данных для создания алгоритмов, адаптированных к уникальным условиям Арктики. И база данных, и алгоритмы теперь доступны для публичного использования.
Работа помогает понять, как изменение климата повлияет на будущую продуктивность Северного Ледовитого океана, снабжение продовольствием и способность поглощать углерод. "Будут победители и проигравшие", – сказал Арриго. «Более продуктивная Арктика означает больше пищи для большого количества животных. Но многим животным, которые приспособились жить в полярной среде, становится труднее жить по мере того, как лед отступает."
Рост фитопланктона также может не синхронизироваться с пиком остальной трофической сети, потому что лед тает в начале года. Добавьте к этому вероятность увеличения судоходства по мере открытия арктических вод и тот факт, что Арктика слишком мала, чтобы взять на себя большую часть выбросов парниковых газов в мире. «Он поглощает намного больше углерода, чем раньше, – сказал Арриго, – но это не то, на что мы можем положиться, чтобы помочь нам решить нашу климатическую проблему."
Это исследование было поддержано программой стипендий НАСА по наукам о Земле и космосе и Национальным научным фондом.