Талая вода влияет на экосистемы Северного Ледовитого океана



Рис. 1: Карта мест швартовки, основных течений и ледового покрытия в проливе Фрам. Процент дней в апреле/мае/июне 2013-2018 годов, в течение которых морской ледяной покров превышал 20%, показан бело-синим цветом. Ширина пограничной ледовой зоны (от 20% контура до 80% контура), как правило, составляла менее 50 км. Еженедельные контуры концентрации 20% морского льда за исследуемый период в апреле/мае/июне показаны пурпурным (2017) и зеленым (2018) цветами. Режим талых вод, как правило, применяется в области, охватываемой изменчивостью контуров 20%. Режим смешанного слоя, напротив, хорошо применим к востоку/югу (~50-100 км) от 20% контуров. Таким образом, причал HG-IV находится в режиме талой воды в 2017 году и в режиме смешанного слоя в 2018 году. Основные течения в этом районе показаны схематично: Ток Западного Шпицбергена (WSC) и ток Восточной Гренландии (EGC). Расположение причалов, обсуждаемых в этом исследовании, отмечено желтым цветом: F4 в WSC (данные показаны на рис. S1–S3) и HG-IV к западу от WSC (данные приведены ниже). Изобаты 1000-м и 2000-м показаны черным цветом, а приземление-серым. Ворота и коробка, используемые на фиг. 2 и 9, соответственно, показаны голубым цветом. фото DOI: 10.1038/s41467-021-26943-z


В летние месяцы морской лед из Арктики дрейфует через пролив Фрам в Атлантику. Благодаря талой воде вокруг дрейфующего льда образуется устойчивый слой поверх соленой морской воды, оказывающий значительное влияние на биологические процессы и морские организмы. В свою очередь, это влияет на то, когда углерод из атмосферы поглощается и накапливается, как теперь определила группа исследователей во главе с Институтом Альфреда Вегенера с помощью системы наблюдения за океаном FRAM. Их результаты только что были опубликованы в журнале Nature Communications.


Океаны являются одним из крупнейших поглотителей углерода на нашей планете, отчасти благодаря биологическому углеродному насосу: непосредственно под поверхностью воды микроорганизмы, такие как водоросли и фитопланктон, поглощают углекислый газ из атмосферы посредством фотосинтеза. Когда эти микроорганизмы опускаются на дно океана, содержащийся в них углерод может оставаться нетронутым в течение нескольких тысяч лет. Как обнаружили эксперты из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI), талая вода с морских льдин может задержать этот процесс на четыре месяца.


С лета 2016 по лето 2018 года система наблюдения за океаном FRAM (Frontiers in Arctic Marine Monitoring) постоянно собирала данные в проливе Фрам (между Гренландией и Шпицбергеном). Плотные скопления причалов были установлены в двух местах в проливе, чтобы контролировать как можно больше аспектов связанных физико-биологических процессов в воде, насколько это возможно. Были использованы физические, биогеохимические и акустические датчики во всей водной толще и на дне океана, а также устройства, которые собирали пробы воды и осадков для последующего лабораторного анализа. "Впервые за целых два года мы смогли всесторонне отслеживать не только сезонные изменения микроводорослей и фитопланктона, но и полную физическую, химическую и биологическую систему, в которой происходят эти изменения",-говорит доктор Уилкен-Джон фон Аппен, исследователь климата в AWI и первый автор исследования.


За этот период экспорт морского льда достиг двух крайностей: летом 2017 года из Арктики через пролив Фрам было вывезено чрезвычайно большое количество льда. Это привело к образованию большого количества талой воды с низким содержанием соли и выраженному расслоению воды. Напротив, летом 2018 года из Арктики было вывезено нехарактерно мало льда, что означало очень небольшое количество талой воды и, следовательно, отсутствие выраженной стратификации на основе солености. Процессы, связанные с биологическим углеродным насосом, развивались настолько по-разному во время этих двух крайностей, что эксперты называют их двумя разными режимами: режимом талой воды (лето 2017 года) и режимом смешанного слоя (лето 2018 года).


Режим талых вод летом 2017 года


Первые цветения водорослей и фитопланктона появились 15 мая, когда атмосфера начала нагревать океан. Летом 2017 года через пролив Фрам прошло большое количество льда, в результате чего образовалось большое количество талой воды. "Эта слабосоленая вода лежала поверх соленой воды, не смешиваясь",-говорит фон Аппен. "И расслоение между 0 и 30 метрами было в десять раз интенсивнее, чем между 30 и 55 метрами". Следовательно, очень мало питательных веществ поднималось вверх из более глубоких слоев воды, в то время как очень мало углерода попадало на морское дно. Рост фитопланктона, который является первым шагом в биологическом углеродном насосе, происходил почти исключительно в верхних 30 метрах. Это интенсивное расслоение разрушилось только в середине августа, когда атмосфера больше не нагревала поверхность воды. Большая часть биомассы спустилась с верхнего слоя в период с сентября по ноябрь, ей было более трех месяцев, и ей слишком не хватало питательных веществ, чтобы заинтересовать фауну на дне океана. В режиме талой воды во время цветения микроорганизмы смогли зафиксировать до 25 граммов углерода на квадратный метр.


Режим смешанного слоя летом 2018 года


Весна и лето 2018 года были совершенно другой историей: условия были относительно свободными ото льда, что означало меньшее количество талой воды и менее интенсивное расслоение морской воды. Смешанный слой образовался на глубине около 50 метров. С первым мая наступило первое цветение диатомовых водорослей; в то же время численность зоопланктона и рыб, которые в основном питаются ими, начала расти. Благодаря их фекалиям всего через две-три недели после начала цветения органический углерод достиг глубины до 1200 метров. Через четыре—семь недель после начала цветения—почти на четыре месяца раньше, чем летом 2017 года-биомасса достигла морского дна. Этот материал был богат питательными веществами, привлекая в пять раз больше рыбы и донной фауны, чем летом с талой водой. Во время цветения водоросли смогли зафиксировать примерно 50 граммов углерода на квадратный метр, в два раза больше, чем в режиме талой воды.


Несмотря на все эти различия между двумя режимами, биологический углеродный насос не обязательно был более продуктивным летом 2018 года: "Мы обнаружили, что летом 2017 года большая часть органического углерода не достигала морского дна до конца сентября", - говорит фон Аппен. "Если вы посмотрите на период с начала мая по конец ноября, то экспорт углерода в режиме смешанного слоя был всего на треть выше, чем в режиме талой воды". Скорее, выраженная стратификация в 2017 году способствовала долгосрочному росту в течение нескольких месяцев, поскольку углерод и питательные вещества были захвачены в верхних слоях. Напротив, свободная ото льда ситуация в 2018 году привела к кратковременному, интенсивному цветению и быстрому экспорту, обеспечив продовольствием и углеродом глубоководные экосистемы на дне океана. Как таковые, последние, по-видимому, особенно выигрывают от летних условий в режиме смешанного слоя; в режиме талой воды интенсивная стратификация блокирует поступление питательных веществ летом и глубокое смешивание воды зимой.


"В будущем режим смешанного слоя может распространиться на более крупные регионы Арктики", - объясняет фон Аппен. "Условия в этом режиме аналогичны условиям в более низких широтах, и Северный Ледовитый океан может все больше походить на океаны в южных регионах".


Источник.











Обсудить:

0 comments:

Всегда рады услышать ваше мнение!