Відповідно до нового дослідження, зміни клімату впливають на сезонну вертикальну міграцію зоопланктону в Арктиці.
Посилення танення арктичного морського льоду дозволяє сонячному світлу проникати глибше в океан, впливаючи на міграційну поведінку морського зоопланктону. Дослідження, проведені Інститутом Альфреда Вегенера, показують, що це може спричинити часту нестачу їжі зоопланктону в майбутньому, потенційно вплинувши на більші арктичні види . Дослідження показує, що стримування глобального потепління до цільового показника в 1,5 градуса має вирішальне значення для захисту екосистеми Арктики.
Посилення танення арктичного льоду та його вплив на морське життя
Через посилення танення морського льоду в Арктиці сонячне світло тепер проникає все глибше в океан. Оскільки морський зоопланктон реагує на доступне світло, це також змінює їхню поведінку – особливо те, як крихітні організми піднімаються та опускаються у товщі води. Як показала міжнародна група дослідників під керівництвом Інституту Альфреда Вегенера, у майбутньому це може призвести до частішої нестачі їжі для зоопланктону та до негативних наслідків для великих видів, включаючи тюленів і китів.
Дослідження було опубліковано сьогодні (28 серпня 2023 року) в журналі Nature Climate Change .
Науковці встановлюють буї на крижину в центральній частині Північного Льодовитого океану наприкінці етапу MOSAiC 5 з RV Polarstern у вересні 2020 року. Буї працюють як автономна біофізична обсерваторія на морському льоду та в океані. Авторство: Інститут Альфреда Вегенера / Фолке Мертенс
Зрушення в екосистемі Арктики через зміни клімату
У відповідь на антропогенні зміни клімату обсяг і товщина арктичного морського льоду зменшуються; середня площа морського льоду в даний час зменшується зі швидкістю 13 відсотків на десятиліття. Вже у 2030 році – як показують останні дослідження та моделювання – на Північному полюсі може відбутися перше літо без льоду. У результаті фізичні умови для організмів у Північному Льодовитому океані змінюються так само помітно.
Наприклад, через менший і тонший морський лід сонячне світло може проникати набагато глибше під поверхню. У результаті за певних умов первинне виробництво – тобто ріст – мікроводоростей у воді та льоду може істотно збільшитися. Як ці мінливі умови освітлення впливають на вищі трофічні рівні харчового ланцюга, наприклад зоопланктон, який частково харчується мікроводоростями, залишається погано зрозумілим. У зв’язку з цим міжнародна група дослідників під керівництвом доктора Хауке Флореса з Інституту Альфреда Вегенера, Центру полярних і морських досліджень імені Гельмгольца (AWI) тепер отримала цінні відомості.
Науковці встановлюють буї на крижину в центральній частині Північного Льодовитого океану наприкінці етапу MOSAiC 5 з RV Polarstern у вересні 2020 року. Буї працюють як автономна біофізична обсерваторія на морському льоду та в океані. Обсерваторія складалася, серед інших компонентів, з акустичного профілю зоопланктону та риби (AZFP), який вимірював акустичне зворотне розсіювання у верхніх 50 м океану, радіаційної станції, оснащеної датчиками гіперспектрального світла, які вимірювали опромінення на нижній частині льоду від 350 до 920 нм25, і буй CTD (провідність, температура, глибина). Авторство: Інститут Альфреда Вегенера / Фолке Мертенс
Пояснення міграційної поведінки зоопланктону
За словами Флореса: «Щодня в океані відбувається найбільше масове переміщення організмів на нашій планеті – щоденна міграція зоопланктону, до якого входять крихітні веслоногі молюски та криль. Вночі зоопланктон піднімається біля поверхні води, щоб харчуватися. Коли настає день, вони мігрують назад на глибини, захищаючи їх від хижаків. Хоча окремі організми мізерні, у сукупності це становить величезний щоденний вертикальний рух біомаси в товщі води.
«Але в полярних регіонах міграція інша – вона сезонна; іншими словами, зоопланктон дотримується сезонного циклу. Під час багатомісячної яскравості полярного дня влітку вони залишаються на глибині; під час багатомісячної темряви полярної ночі взимку частина зоопланктону піднімається і залишається в приповерхневій воді прямо під льодом».
Як щоденна міграція в нижчих широтах, так і сезонна міграція в полярних регіонах переважно продиктовані сонячним світлом. Крихітні організми зазвичай віддають перевагу сутінковим умовам. Вони люблять залишатися нижче певної інтенсивності світла (критичного освітлення), яка зазвичай досить низька і лежить далеко в сутінковому діапазоні. Коли інтенсивність сонячного світла змінюється протягом дня або пори року, зоопланктон прямує туди, де він може знайти бажані умови освітлення, що в кінцевому підсумку означає, що він піднімається або опускається у товщі води.
«Зокрема, коли справа доходить до найвищих 20 метрів товщі води, прямо під морським льодом, не було доступних даних про зоопланктон», — пояснює Флорес. «Але саме ця важкодоступна територія є найцікавішою, оскільки саме в льоду та під ним ростуть мікроводорості, якими живиться зоопланктон».
Щоб зняти показання там, команда спроектувала та побудувала автономну біофізичну обсерваторію, яку вони пришвартували під льодом наприкінці експедиції MOSAiC з дослідницьким криголамом AWI Polarstern у вересні 2020 року. Тут – далеко від будь-якого світлового забруднення через людину. діяльності – система могла постійно вимірювати інтенсивність світла під льодом і рухи зоопланктону.
Нові відкриття та наслідки для майбутнього
«Грунтуючись на наших показаннях, ми визначили надзвичайно низьке критичне опромінення для зоопланктону: 0,00024 Вт на квадратний метр», — каже дослідник AWI. «Потім ми ввели цей параметр у наші комп’ютерні моделі для моделювання системи морського льоду. Це дозволило нам спрогнозувати для ряду кліматичних сценаріїв, як зміниться глибина цього рівня опромінення до середини цього століття, якщо морський лід ставатиме все тоншим і тоншим через зміну клімату».
Експерти виявили: через постійне зменшення товщини льоду критичний рівень опромінення знижувався на все більшу глибину раніше і раніше в році і не повертався на поверхневий шар до пізніше і пізніше в році. Оскільки зоопланктон практично залишається у водах нижче цього критичного рівня, їхні рухи відображатимуть цю зміну. Відповідно, у цих сценаріях майбутнього вони залишаються на великих глибинах все довше, тоді як їхній час перебування біля поверхні під льодом взимку стає все коротшим і коротшим.
«У майбутньому теплішому кліматі лід утворюватиметься пізніше восени, що призведе до зменшення виробництва крижаних водоростей», — пояснює Флорес. «Це, у поєднанні з їх затримкою підйому на поверхню, може призвести до частішої нестачі їжі для зоопланктону взимку. У той же час, якщо зоопланктон підніметься раніше навесні, це може поставити під загрозу личинок екологічно важливих видів зоопланктону, що живуть на більш глибоких рівнях, більшу кількість яких потім можуть з’їсти дорослі».
«Загалом наше дослідження вказує на механізм, про який раніше не звертали уваги, який може ще більше знизити шанси арктичного зоопланктону на виживання в найближчому майбутньому», — каже Флорес. «Якщо це станеться, це матиме фатальні наслідки для всієї екосистеми, включаючи тюленів, китів і білих ведмедів. Але наше моделювання також показує, що вплив на вертикальну міграцію буде набагато менш вираженим, якщо вдасться досягти цільового показника в 1,5 градуса, ніж якщо викиди парникових газів зростатимуть безконтрольно. Відповідно, кожна десята градуса антропогенного потепління, якого можна уникнути, критична для екосистеми Арктики». Джерело