Фитопланктон цветет под арктической ледяной толщей

Ученые отбывают из Анкориджа на Аляске в экспедицию по Чукотскому морю: в этой экспедиции они провели чуть больше месяца (июль, 2011), но получили бесценный материал о состоянии северного морского биогеоценоза в условиях потепления. Фото с сайта www.espo.nasa.gov

Исследования в Чукотском море дали неожиданные результаты: под полутораметровой толщей льда зарегистрирована вспышка роста фитопланктона. Более того, подо льдом фитопланктон чувствует себя гораздо лучше, чем на открытой воде. Предположительно, рост фитопланктона стал возможен из-за увеличения прозрачности льда и из-за образования на его поверхности озер с талой водой. Эти явления опосредованы потеплением климата в северных широтах и изменением характеристик ледового покрова.

Результаты исследования, проведенного в рамках многолетнего проекта ICESCAPE под эгидой NASA, нашли свое отражение на страницах журнала Science. Представительная команда ученых из 15 научных лабораторий США, Канады и Франции приняла участие в экспедиции по Чукотскому морю и морю Бофорта, а затем и в изучении привезенного полевого материала.

Рис. 1. Маршрут экспедиции 7 и 8 июля 2011 года, во время которого были взяты пробы воды и фитопланктона (это квадратики на траектории маршрута); он показан на фоне спутниковой карты; пробы брались и на открытой воде (черный цвет на карте), и из-под толщи льда. Сплошными линиями изображена кромка льда в разные дни лета 2011 года. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Таяние северных льдов в настоящее время не вызывает никаких сомнений. Как это повлияет на северную океаническую систему, пока неясно. Но уже сейчас ученые отслеживают первые отклики системы на эти изменения. Было, например, отмечено развитие фитопланктона подо льдом Баренцева моря и моря Бофорта. Что это за фитопланктон и каковы масштабы явления — вот вопросы, которые были поставлены специалистами-океанологами.

Измерения количества фитопланктона и продуктивности подледных вод выявили замечательную картину: подо льдом фитопланктона в 5–10 раз больше, чем на открытой воде. Там, где толщина льда достигает 0,8–1,3 метров, биомасса фитопланктона оказалась наивысшей — до 32,5 г C/м³ (взвешенного органического углерода на кубический метр). На открытой воде биомасса фитопланктона достигала только 300–500 мг С/м³. Лучше всего фитопланктон себя чувствует прямо подо льдом; глубже 30 м его уже нет. Зато на открытой воде картина обратная — в приповерхностных водах до глубины 20 м фитопланктона совсем мало, а основная биомасса развивается на глубине 20–50 м. Доминанты подледной микрофлоры — это диатомовые водоросли: 80% клеток в пробах составляют именно они.

Рис. 2. Результат измерений на двух трансектах (узких участках) длиной 250 км, простиравшихся от открытой воды до торосистых льдов. На этих графиках сосредоточена информация 1) о толщине ледяного покрова по маршруту экспедиции (два верхних маленьких графика; цифры — это номера станций, соответствующие рис. 1), 2) о биомассе фитопланктона (в мг C/м³), графики A и B, и 3) о количестве растворенных нитратов (в мкмоль/л), графики C и D; черные линии — это расчетные потенциальные показатели. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Более того, выяснилось, что в открытой воде в верхних 20 м не только мало фитопланктона, но там нет и азота, столь необходимого для роста клеток, зато в приповерхностных 20 метрах очень много кислорода. Создается впечатление, как указывают авторы работы, что мы столкнулись с последствиями подледного цветения. Клетки, наращивая биомассу, израсходовали весь азот, зато в результате фотосинтеза насытили воду кислородом.

Как может расти фитопланктон под таким толстым льдом? Действительно, сквозь ледяную толщу проникает не более 13–18% поглощенного льдом света. И этого света недостаточно для начала бурного роста фитопланктона. Но в последние годы характеристики ледового покрова изменились: уменьшилась толщина, увеличилась доля нового, более прозрачного льда, на поверхности льда появились талые озера. Последние занимают 25–50% ледового покрытия. И в этих местах сквозь талую воду свет проходит существенно полнее, светопропускание увеличивается в 3–3,5 раза. В таких условиях для роста фитопланктона ограничений уже нет.

Один из авторов статьи, Дон Перович (Donald Perovich) из Лаборатории научных и прикладных исследований полярных районов (Cold Regions Research and Engineering Laboratory, CRREL) в Хановере (Нью-Гэмпшир, США), измеряет количество света — падающего и отраженного льдом. Надледные талые озера (одно из них видно на этой фотографии) увеличивают светопроницаемость льда примерно в три раза. Фото с сайта blogs.nasa.gov

Учитывая предыдущие исследования, океанологи считают, что подледное цветение фитопланктона — это не единичное, а широко распространившееся сейчас явление. Оно должно резко ускорить темпы накопления карбонатных осадков на шельфе северных морей, изменить их газовый и биохимический режим, сдвинуть баланс в разнообразии морских обитателей. Всё это — новые явления нашего времени.

Источник: Kevin R. Arrigo, Donald K. Perovich, Robert S. Pickart, et al. Massive Phytoplankton Blooms Under Arctic Sea Ice // Science. 15 June, 2012. V. 336. P. 1408.

Елена Наймарк