Каждую весну у ледяных берегов Антарктиды разворачивается взрыв жизни, который настолько велик, что его видно из космоса. По мере того, как богатые железом воды поднимаются снизу, поверхность Южного океана закручивается психоделическими облаками ярко-зеленого фитопланктона — одноклеточных растений, которые поглощают углерод из атмосферы и составляют основу пищевой цепи, поддерживая криля, который находится в стать основным источником пищи для рыб, китов и пингвинов.
Теперь группа ученых говорит, что за последнюю четверть века это сезонное цветение, играющее важную роль в экосистемах и климате, может оказаться под угрозой. Фитопланктон в Южном океане все больше нуждается в железе — строительном блоке для его фотосинтетического механизма — и есть признаки того, что его продуктивность может снижаться. Открытие, опубликованное сегодня в Наукаявляется неожиданностью, прямо противоречащей всплеску производительности, который предсказывали многие климатические модели в грядущем столетии.
Очевидная скорость изменения «действительно тревожит», — говорит Адриан Маркетти, биолог-океанограф из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, изучающий фитопланктон, но не принимавший непосредственного участия в исследованиях. Большое падение фитопланктона «может действительно повлиять на глобальный углеродный цикл», — добавляет Элисон Грей, океанограф из Вашингтонского университета в Сиэтле, изучающая углерод в океане.
Уровни железа в океане, хотя известно, что они являются важным фактором, ограничивающим продуктивность фитопланктона в Южном океане, общеизвестно, что их трудно изучать. Ни роботизированные датчики, ни исследовательские корабли обычно не ищут питательные вещества. Поэтому ученые недавно начали делать выводы о его уровне, ища сигналы о том, что фитопланктон справляется с нехваткой железа.
Новое исследование проанализировало свет, излучаемый фитопланктоном, на наличие признаков физиологического процесса, называемого нефотохимическим гашением, при котором фитопланктон справляется с перегрузкой солнечным светом, выделяя тепло. Тушение является показателем дефицита железа, потому что фитопланктон, лишенный питательных веществ, изменяет свою физиологию таким образом, что делает его более восприимчивым к воздействию света. По данным 194 рейсов исследовательских судов, начиная с 1996 года, и 47 поплавков с датчиками, отправленных в плавание начиная с 2015 года, исследователи обнаружили, что тушение увеличивается почти на 5% в год с поправкой на изменения освещенности. Тенденция предполагает, что за последние 2 десятилетия фитопланктон все больше и больше борется за получение достаточного количества железа, говорит Томми Райан-Кеог, биогеохимик Южноафриканской правительственной обсерватории углерода и климата и ведущий автор исследования. Наука бумага.
Райан-Кеог и его сотрудники также изучали продуктивность фитопланктона, используя спутниковые снимки цветения планктона и измерения океанских поплавков, чтобы отслеживать изменения, начиная с 1998 года. Они использовали модели для преобразования данных в оценки чистой продуктивности фитопланктона, обнаружив небольшое но статистически значимое снижение продуктивности в Южном океане.
Даже если спад реален, не факт, что железо играет какую-то роль. Филип Бойд, биогеохимик из Университета Тасмании, десятилетиями изучавший динамику железа в Южном океане, указывает на другие потенциальные факторы. Например, морские животные могут потреблять больше фитопланктона. «Прямая связь нагрузки железом с чистым первичным производством — это долгий путь, — говорит он.
Также неясно, почему фитопланктон столкнется с нехваткой железа. Современные модели климата и океана предсказывают обратное: по мере изменения климата ветры в Южном океане будут смещаться на юг, что приведет к усилению апвеллинга, который вынесет железо из глубин океана на поверхность и подстегнет всплеск производительности. Райан-Кеог предлагает три возможные причины, по которым фитопланктону может не хватать железа: закисление океана из-за повышения уровня углекислого газа может затруднить усвоение им питательных веществ, повышение температуры океана может ускорить их метаболизм и увеличить содержание железа. спрос или изменения в том, как смешиваются различные слои океана, могут ограничивать движение более глубокой, богатой железом воды к поверхности. «Для их тестирования потребуется довольно много лабораторных работ», — говорит Райан-Кеог.
Анализ того, что происходит, будет важен не только для понимания будущих изменений экосистемы Южного океана, но и для предсказания судьбы глобального климата. Южный океан является значительным поглотителем углерода; половина всего углеродного загрязнения, которое растворяется в океане, растворяется там. Часть этого растворенного углерода поглощается фитопланктоном и откладывается, пока растения или питающиеся ими организмы умирают и опускаются на дно.
Алессандро Тальябу, океанограф из Ливерпульского университета, который работал над исследованием, говорит, что тенденция к нехватке железа может быть временной. Но также возможно, что модели, которые предсказывают будущее изобилие, искажают что-то о Южном океане и организмах, которые там живут. «Нам нужно понять, почему модели не воспроизводят современные тенденции», — говорит Тальябу, специализирующийся на моделировании биогеохимических процессов в океане.
Кит Мур, океанограф из Калифорнийского университета в Ирвине, который работал над рядом широко используемых климатических моделей, уверен, что эта тенденция будет недолгой. Хотя он говорит, что статья приводит убедительные доводы в пользу растущего дефицита железа в фитопланктоне в настоящее время, Мур ожидает, что, как и предсказывают модели, ветры в конечном итоге сместятся на юг, а цветение фитопланктона будет более пышным, чем когда-либо. «То, что происходит сейчас, может быть слишком малозаметным для этих моделей, — говорит он.