Учени от Станфордския университет откриха изненадваща промяна в Северния ледовит океан. Експлозивният цъфтеж на фитопланктона, малките водорасли в основата на хранителна мрежа, на върна на която са китовете и полярните мечки, драстично са променили способността на Арктика да трансформира атмосферния въглерод в жива материя. През последното десетилетие скокът на фитопланктона измества загубите на морски лед като основна причина за промените в усвояването на въглеродния диоксид.

Изследването е публикувано в Science.

Старшият автор Кевин Ариго, професор в Станфордската школа за земни, енергийни и екологични науки, заяви, че нарастващото влияние на биомасата на фитопланктона е "значително изместване на режима" за Арктика, регион, който се затопля по-бързо от където и да е другаде на Земята.

Изследването се фокусира върху нетното първично производство (NPP) - мярка за това колко бързо растенията и водораслите превръщат слънчевата светлина и въглеродния диоксид във въглехидрати, които могат да хранят други същества. "Стойностите са наистина важни по отношение на това колко храна има за останалата част от екосистемата", каза Ариго. "Също така са важни, защото това е един от основните начини CO2 да се изтегли от атмосферата и в океана."

Сгъстяване на супата

Ариго и колеги откриват, че NPP в Арктика се е увеличил с 57% между 1998 и 2018 г. Това е безпрецедентен скок на производителността за цял океански басейн. По-изненадващо е откритието, че макар увеличението първоначално да е свързани с оттегляне на морски лед, производителността продължава да се покачва дори след като топенето се забавя около 2009 г. "Увеличението на NPP през последното десетилетие се дължи почти изключително на скорошното увеличение на биомасата на фитопланктона", казва Ариго.

Казано по друг начин, тези микроскопични водорасли навремето са метаболизирали повече въглерод в Арктика, просто защото се натрупвали повече в откритата вода през по-дългите вегетационни сезони, благодарение на климатичните промени в ледената покривка. Сега те стават все по-концентрирани, като сгъстяват супата от водорасли.

"В даден обем вода всяка година може да расте повече фитопланктон", казва водещата авторка на изследването Кейт Люис, която работи върху изследването като докторант в катедрата за наука за земните системи на Станфорд. "За първи път се докладва това в Северния ледовит океан."

Нови хранителни доставки

Фитопланктонът се нуждае от светлина и хранителни вещества, за да расте. Но наличието и смесването на тези съставки във водния стълб зависят от сложни фактори. В резултат на това, въпреки че арктическите изследователи наблюдават цъфтеж на фитопланктона през последните десетилетия, те обсъждат колко дълго може да продължи бума и колко високо може да се изкачи.

Чрез съставянето на голяма нова колекция от измервания на цвета на океана за Северния ледовит океан и изграждането на нови алгоритми за оценка на концентрациите на фитопланктон от тях, екипът от Станфорд разкри доказателства, че продължаващото увеличение на производството вече не може да бъде ограничено от оскъдни хранителни вещества, както някога се предполагаше. "Все още е рано да се каже, но изглежда, че сега има преместване към по-голямо снабдяване с хранителни вещества", каза проф. Ариго.

Изследователите хипотезират, че от други океани постъпва нов приток на хранителни вещества и се измества от дълбините на Арктика. "Знаехме, че Арктика е увеличила производството през последните няколко години, но изглеждаше възможно системата просто да рециклира един и същ склад на хранителни вещества", казва Люис. "Нашето проучване показва, че това не е така. Фитопланктонът усвоява повече въглерод всяка година, тъй като нови хранителни вещества влизат в този океан. Това е неочаквано и има голямо екологично въздействие."

Декодиране на Арктика

Изследователите достигат до своите изводи от измерването на зеления растителен пигмент хлорофил, предприети от сателитни сензори и изследователски круизи. Но поради необичайното взаимодействие на светлината, цвета и живота в Арктика, това изисква нови алгоритми. "Северният ледовит океан е най-трудното място в света за извършване на сателитно дистанционно наблюдение", обяснява Ариго. "Алгоритмите, които действат навсякъде по света, които преценят колко фитопланктон има по цвета на океана, изобщо не работят в Арктика."

Трудността произтича отчасти от огромен обем на постъпващата в речна вода с цвят на чай, която носи разтворена органична материя, която дистанционните сензори бъркат с хлорофила. Допълнителна сложност идва от необичайните начини, по които фитопланктонът се е адаптирал към изключително слабата светлина на Арктика. "Когато използвате глобални сателитни алгоритми за дистанционно наблюдение в Северния ледовит океан, в крайна сметка получавате сериозни грешки в оценките си", каза Люис.

И все пак тези данни за дистанционно наблюдение са от съществено значение за разбирането на дългосрочните тенденции в океанския басейн в една от най-екстремните среди в света, където за едно директно измерване може да са необходими 24 часа денонощна работа от екип учени на борда на ледоразбивач, казва Люис. Тя усърдно провежда набор от измервания на цвета на океана и фитопланктона, след което използва натрупаната база данни за изграждане на алгоритми, настроени към уникалните условия на Арктика. И базата данни, и алгоритмите вече са с отворен достъп.

Работата помага да се осветли как промените в климата ще оформят бъдещата производителност на Арктическия океан, снабдяването с храни и капацитетът му да абсорбира въглерод. "Ще има победители и губещи", казва Ариго. "По-продуктивна Арктика означава повече храна за много животни. Но много животни, които са се приспособили да живеят в полярна среда, оцеляват по-трудно, тъй като ледовете се оттеглят."

Растежът на фитопланктона може също да достигне синхрон с останалата част от хранителната мрежа, защото ледът се топи по-рано през годината. Към това се добавят вероятността от повече корабен трафик, тъй като арктическите води се отворят и фактит, че Арктика е твърде малка, за да отнеме голяма част от световните емисии на парникови газове. "Тя приема много повече въглерод, отколкото по-рано", каза Ариго, но това "не е нещо, на което ще можем да разчитаме, за да ни помогне да избягаме от проблема ни с климата".

K.M. Lewis el al., "Changes in phytoplankton concentration now drive increased Arctic Ocean primary production," Science 2020).science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aay8380

M. Babin el al., "Climate change tweaks Arctic marine ecosystems," Science (2020) science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abd1231