Новое исследование показывает, что морские тепловые волны могут изменять пищевые сети океана, что, в свою очередь, замедляет перенос углерода в глубоководную зону и снижает способность океана смягчать последствия изменения климата.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, было проведено междисциплинарной группой исследователей из MBARI, Школы морских, атмосферных и земных наук Университета Майами, Института Хакаи, Сямыньского университета, Университета Британской Колумбии, Университета Южной Дании и Канадского управления по рыболовству и океанам.
Чтобы изучить влияние морских тепловых волн на пищевые сети океана и потоки углерода, исследовательская группа объединила несколько наборов данных, которые отслеживали биологические условия в толще воды в заливе Аляска более десяти лет. В этом регионе за это время произошли две последовательные морские тепловые волны: одна с 2013 по 2015 год, известная как «The Blob», и другая с 2019 по 2020 год.
«Океан имеет биологический углеродный насос, который обычно действует как конвейерная лента, переносящая углерод с поверхности в глубоководную зону океана. Этот процесс приводится в действие микроскопическими организмами, которые составляют основу пищевой сети океана, включая бактерии и планктон», — сказала ведущий автор Мариана Биф, ранее научный специалист в MBARI, а теперь доцент кафедры океанических наук в Школе Розенштиля.
«Для этого исследования мы хотели отследить, как морские тепловые волны влияют на эти микроскопические организмы, чтобы увидеть, были ли эти воздействия связаны с количеством углерода, производимого и экспортируемого в глубоководную зону», — добавила она.
Исследовательская группа использовала информацию, собранную Глобальной океанической биогеохимической (GO-BGC) сетью, совместной инициативой, возглавляемой MBARI, которая использует роботизированные поплавки для мониторинга состояния океана. Проект GO-BGC развернул сотни автономных биогеохимических поплавков Argo (BGC-Argo), которые измеряют океанические условия, такие как температура, солёность, нитраты, кислород, хлорофилл и частицы органического углерода (POC) в толще воды каждые пять–десять дней.
Команда также изучала сезонные данные, полученные в результате судовых исследований, которые отслеживали состав сообщества планктона, включая химический состав пигментов и секвенирование ДНК окружающей среды (eDNA) из проб морской воды, собранных в ходе программы Line P, проводимой Канадским управлением по рыболовству и океанам.
Исследование показало, что морские тепловые волны действительно влияют на основу пищевой сети океана, и эти воздействия были связаны с изменениями в способе циркуляции углерода в толще воды. Однако изменения, произошедшие в пищевой сети, не были одинаковыми в ходе двух тепловых волн.
В обычных условиях планктон, похожий на растения, преобразует углекислый газ в органические вещества. Эти микроорганизмы составляют основу пищевой сети океана. Когда их поедают более крупные животные и они выводятся из организма в виде отходов, они превращаются в частицы органического углерода, которые опускаются с поверхности через мезопелагическую, или сумеречную, зону океана (от 200 до 1 000 метров, примерно от 660 до 3 300 футов) и вниз, в глубоководную зону. Этот процесс запирает атмосферный углерод в океане на тысячи лет.
Во время тепловой волны 2013–2015 годов производство поверхностного углерода с помощью фотосинтезирующего планктона было высоким во второй год, но вместо того, чтобы быстро опускаться в глубоководную зону, мелкие частицы углерода скапливались примерно в 200 метрах (примерно 660 футов) под водой.
Во время тепловой волны 2019–2020 годов наблюдалось рекордно высокое накопление частиц углерода на поверхности в первый год, которое не могло быть объяснено только производством углерода фитопланктоном. Вместо этого это накопление, вероятно, было связано с переработкой углерода морскими обитателями и накоплением детрита. Этот импульс углерода затем опускался в сумеречную зону, но задерживался на глубинах от 200 до 400 метров (примерно от 660 до 1 320 футов) вместо того, чтобы опускаться в глубоководную зону.
Команда объяснила эти различия в переносе углерода между двумя тепловыми волнами изменениями в популяциях фитопланктона. Эти изменения распространялись по пищевой сети, что привело к росту мелких травоядных животных, которые не производят быстро тонущие частицы отходов, поэтому углерод сохранялся и перерабатывался на поверхности и в верхней сумеречной зоне, а не опускался на большую глубину.
«Наше исследование показало, что эти две крупные морские тепловые волны изменили сообщества планктона и нарушили биологический углеродный насос океана. Конвейерная лента, переносящая углерод с поверхности в глубоководную зону, застряла, что увеличивает риск того, что углерод может вернуться в атмосферу вместо того, чтобы быть запертым глубоко в океане», — сказала Биф.
Это исследование продемонстрировало, что не все морские тепловые волны одинаковы. Различные линии планктона растут и падают во время этих потеплений, что подчёркивает необходимость долгосрочного скоординированного мониторинга биологических и химических условий океана для точного моделирования разнообразных и обширных экологических последствий морских тепловых волн.
«Это исследование знаменует собой новую захватывающую главу в мониторинге океана. Чтобы действительно понять, как тепловая волна влияет на морские экосистемы и процессы в океане, нам нужны данные наблюдений до, во время и после события. Это исследование включало роботизированные поплавки, химию пигментов и генетическое секвенирование, работающие вместе, чтобы рассказать всю историю. Это отличный пример того, как сотрудничество может помочь нам ответить на ключевые вопросы о здоровье океана», — сказал старший научный сотрудник MBARI Кен Джонсон, ведущий главный исследователь проекта GO-BGC и соавтор исследования.
Наблюдения и модели океана показывают, что морские тепловые волны расширяются в размерах и усиливаются в течение последних нескольких десятилетий. Океан поглощает четверть углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу каждый год, благодаря постоянному потоку частиц углерода, опускающихся с поверхности в глубоководную зону.
Более тёплый океан может означать меньший объём запертого углерода, что, в свою очередь, может ускорить изменение климата. Помимо изменений в переносе углерода, сдвиги в планктоне в основе пищевой сети океана оказывают каскадное воздействие на морскую жизнь и человеческую деятельность.
«Изменение климата способствует более частым и интенсивным морским тепловым волнам, что подчёркивает необходимость устойчивого долгосрочного мониторинга океана, чтобы понять и предсказать, как будущие морские тепловые волны повлияют на экосистемы, рыболовство и климат», — сказала Биф.
Предоставлено
[Monterey Bay Aquarium Research Institute](https://phys.org/partners/monterey-bay-aquarium-research-institute/)