За чуть более чем 20 лет смещение субтропического струйного течения — высотного потока воздуха — из-за изменения климата привело к снижению первичного производства в северо-западном Средиземноморье примерно на 40%. Это заметное сокращение — самое высокое из когда-либо описанных — влияет на основу морской пищевой сети и может существенно повлиять на живые ресурсы, здоровье экосистем и динамику океана в этом регионе Средиземного моря.
Это один из основных выводов статьи, опубликованной в журнале Progress in Oceanography. Основные авторы — Джулия Креспин и Микель Канальс с факультета наук о Земле в Университете Барселоны и Хорди Соле из Института морских наук (ICM-CSIC) в Барселоне и Центра экологических исследований.
Первичное производство в океанах
Первичное производство в океанах состоит из синтеза органических веществ фотосинтезирующими организмами (фитопланктоном), которые захватывают углекислый газ (CO₂) из атмосферы и выделяют кислород (O₂). Эффект от постоянного смещения струйного течения на первичное производство может повлиять на рыболовство и местную и региональную экономику в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Снижение первичного производства может также изменить углеродный цикл океана — меньше фитопланктона означает меньшее поглощение CO₂ океаном — и это может усилить последствия изменения климата.
Исследование
Это исследование является новаторским в установлении систематической связи между смещением субтропического струйного течения на север и снижением морского первичного производства. Помимо биологического воздействия, авторы предупреждают, что изменение характера ветров может также изменить поверхностную и подповерхностную температуру морских вод в среднесрочной и долгосрочной перспективе, среди прочих параметров, и значительно изменить океанографическую динамику северо-западного Средиземноморья.
Субтропическое струйное течение — это высотный поток воздуха, который транспортирует холод и тепло на высокой скорости, регулирует региональный климат и модулирует положение и интенсивность поверхностных ветров, особенно в северном квадранте, таких как трамонтана и мистраль. Из-за изменения климата этот поток постепенно сместился на север, что привело к изменению атмосферных условий в северо-западном Средиземноморье.
Поверхностная атмосферная циркуляция и связанная с ней морская динамика — это процессы, наиболее пострадавшие от смещения струйного течения на север. Северные ветры приводят к апвеллингу богатых питательными веществами глубоких вод, поэтому изменение их поведения значительно ослабило интенсивность этого апвеллинга и, следовательно, сократило поступление питательных веществ на поверхность моря, — объясняет Канальс, профессор кафедры динамики Земли.
Глубокие воды, достигающие поверхности океана, необходимы для питания фитопланктона, который является основой морской пищевой сети. Следовательно, ослабление апвеллинга на региональном уровне напрямую повлияло на первичное производство в море, вызвав снижение до 40% чуть более чем за два десятилетия, — отмечает эксперт.
Предыдущие исследования, опубликованные в 2022 году, сообщали о снижении на 22% морского первичного производства в глубоких водах испанского Средиземноморья, но это не было связано с явлением струйных течений, — говорит исследователь UB Креспин, первый автор статьи.
Влияние на экосистему
«Следует также учитывать, что Средиземное море — это замкнутый бассейн с очень специфическими атмосферными и океанографическими характеристиками, которые могут усилить обнаруженное воздействие», — отмечает Креспин. «Поэтому от будущих исследований будет зависеть, удастся ли обнаружить сопоставимые ситуации в других частях мира, где струйное течение также постоянно перемещается».
В рамках исследования авторы проанализировали несколько ключевых переменных, чтобы понять последствия непрерывной миграции струйного течения на север для атмосферных и морских процессов.
«В частности, положение струйного течения в районе исследования (чтобы знать местоположение и интенсивность атмосферных потоков), транспорт Экмана (вызванное ветром перемещение водной массы к поверхности, которое имеет решающее значение для апвеллинга глубоких вод к поверхностным уровням водной толщи), напряжение северного ветра на поверхности моря (определяющий фактор для формирования и поддержания апвеллинга в районе исследования) и интегрированная по глубине концентрация хлорофилла, полученная на основе спутниковых измерений, которые являются индикаторами количества фитопланктона и, следовательно, первичного морского производства», — отмечает Соле.
«С помощью этих переменных мы установили взаимосвязь между изменениями в атмосфере и биологической реакцией поверхностного океана, что помогло нам лучше понять, как струйное течение в конечном итоге влияет на первичное производство в море», — объясняют авторы.
Влияние на морскую экосистему
Несколько исследований описали влияние глобальных изменений на обмен веществ в океане и питательных веществ, а также то, как повышение температуры или стратификация воды влияют на первичное производство в море. Одна из дилемм для научного сообщества связана с последствиями ветров, способствующих апвеллингу. Согласно исследованиям, ветры усилятся из-за изменения климата и будут способствовать апвеллингу богатых питательными веществами глубоких вод. Однако другие постулируют противоположный эффект, то есть потепление поверхностных слоёв океана усилит стратификацию водной толщи, уменьшая частоту, интенсивность и эффективность процессов апвеллинга и доступность питательных веществ на поверхности.
«Наше исследование представляет новый взгляд, показывая, что, по крайней мере, в северо-западном Средиземноморье смещение струйного течения на север ослабляет механизмы и взаимодействия, которые управляют апвеллингом, что способствовало значительному снижению первичного морского производства», — объясняют авторы.
«Мы считаем, что изменение характера ветра является фактором, который определяет поведение экосистемы, помимо дихотомий об его усилении или влиянии температуры. Таким образом, мы указываем на совершенно новый фактор, который фокусируется особенно на динамическом поведении как атмосферы, так и океана (и их взаимодействии) как на ключе к пониманию его будущей эволюции», — заключают авторы.
В этом контексте северо-западное Средиземноморье представляет собой ключевой сценарий для изучения этих эффектов и лучшего понимания возможных будущих траекторий развития морских экосистем в других регионах мира.
Изучение роли струйных течений в эволюции климата и экосистем Земли становится всё более популярным. Это направление исследований открывает новое измерение для понимания того, как работает планета, и какие взаимодействия определяют глобальные изменения, а также те, которые определяются самими глобальными изменениями.
Это явление затрагивает не только морскую среду: оно влияет на всё — от лесов до морских экосистем, как указано в исследованиях о влиянии изменений в положении струйного течения на производство и рост деревьев в европейских лесах (Nature Communications, 2022, и Nature, 2024).
«Никогда прежде не было столько данных, как сегодня, или таких мощных инструментов для управления, анализа и интерпретации, как сегодня. В этом контексте крайне важно продолжать исследования в этом направлении, сочетая данные наблюдений на месте, с помощью удалённых датчиков, таких как те, что установлены на спутниках, и с помощью климатических моделей высокого разрешения, чтобы лучше понять задействованные физические и биологические механизмы, созданные взаимодействия, межиндивидуальную изменчивость и потенциальные эффекты, которые они генерируют», — заключают авторы.