Под антарктическим льдом могут скрываться обширные цветения фитопланктона
До сих пор считалось, что сплошной морской лед Южного океана блокирует весь свет, не позволяя фитопланктону — микроскопическим водорослям, основе водных пищевых сетей — расти под ним. Меньше света означает меньше фотосинтеза и, следовательно, меньше фитопланктона, что сильно ограничивает жизнь подо льдом.
Однако исследование, вдохновленное учащением подледных цветений фитопланктона в Арктике, показало, что в антарктических водах также есть неожиданные обитатели. Это указывает на недооцененную экологическую изменчивость подо льдом.
Цветения обычно наблюдают, как только лед начинает сезонное отступление, чему способствуют обилие света и пресная вода с высоким содержанием железа. Но команда под руководством доктора Кристофера Хорвата из Университета Брауна и Оклендского университета предположила, что потенциальные цветения фитопланктона могут уже ожидать своего часа. В статье в Frontiers in Marine Science они описали использование данных независимых поплавков BGC-Argo и результатов климатического моделирования для оценки доступности света подо льдом.
«Мы обнаружили, что почти во всех случаях, когда поплавки проводили профилирование под антарктическим морским льдом, регистрировалось увеличение фитопланктона до отступления льда. Во многих случаях мы наблюдали значительные цветения», — сказал Хорват. Он также отметил, что поплавки отобрали лишь очень небольшую часть из миллионов квадратных километров льда, где могут находиться такие подледные цветения, поэтому скрытых цветений, способных поддерживать другую жизнь, может быть гораздо больше.
Плавающие лаборатории
Поплавки сбрасывают с исследовательских судов, и они самостоятельно берут биогеохимические пробы: они даже могут обнаруживать околонулевые температуры у поверхности и погружаться, чтобы избежать повреждения льдом. Ключевыми измерениями в данном случае были уровни хлорофилла-а (пигмента, общего для всего фитопланктона) и обратного рассеяния частиц. Последний показатель можно преобразовать в оценку углерода фитопланктона, поскольку фитопланктон рассеивает свет пропорционально своему размеру и концентрации. В итоге команда использовала данные 51 поплавка, выполнивших 2197 подледных погружений с 2014 по 2021 год, которые были объединены в 79 последовательностей измерений.
«Мы использовали новый продукт данных, полученный с нового спутника NASA — лазерного альтиметра ICESat-2, чтобы понять сплоченность льда вокруг Антарктиды, и с помощью набора глобальных климатических моделей оценили, сколько света достигает верхних слоев океана», — пояснил Хорват.
«Мы обнаружили, что 50% или более площади под антарктическим льдом могут поддерживать подледные цветения, потому что морской лед Южного океана состоит из отдельных льдин, а небольшие участки открытой воды пропускают свет и, следовательно, позволяют существовать фотосинтезирующей жизни».
Скрытые экосистемы?
Измеряя под сплошным льдом с полным или почти полным покрытием воды, ученые обнаружили, что в 88% последовательностей измерений регистрировался рост фитопланктона до отступления льда, а 26% соответствовали критериям подледного цветения.
Однако авторы предупредили, что поплавки могли брать пробы подо льдом, но не могли передавать данные из этих точек, поэтому координаты мест отбора проб не полностью точны. «Возможно, некоторые события высокой продуктивности были зарегистрированы в регионах с низким ледовым покровом», — отметил Хорват.
«Поскольку время, когда мы наблюдаем эти цветения, близко к моменту отступления льда, также возможно, что часть фитопланктона происходит из процессов, происходящих за пределами ледовой зоны, хотя мы считаем это маловероятным, учитывая большое количество зафиксированных нами измерений высокой продуктивности».
Последствия для антарктических экосистем могут быть значительными. «Высшие трофические уровни мигрируют туда, где есть продуктивность, и если она подо льдом, можно ожидать, что пищевая сеть последует за ней», — указал Хорват. Для понимания того, как функционируют эти скрытые экосистемы и привлекают ли цветения фитопланктона хищников и жертв подо льдом, потребуются дальнейшие исследования.