Потеря кальция превращает озёра в «желе»
Новое исследование ряда канадских озёр показывает, что исторические кислотные осадки в результате промышленной деятельности значительно снизили уровень кальция в воде. Это драматически повлияло на популяции богатых кальцием планктонных организмов, таких как Daphnia (водяная блоха), которые доминировали в этих экосистемах.
Падение уровня кальция означает, что Daphnia не могут получить необходимые для выживания и размножения питательные вещества. В результате они потребляют меньше пищи и становятся более уязвимыми для хищников, оставляя больше водорослей другим организмам.
Это позволило небольшому организму в желеобразной оболочке — Holopedium — получить преимущество. Holopedium — это планктонные конкуренты Daphnia, которые используют меньше кальция. Их желеобразный покров также обеспечивает им лучшую защиту от хищников.
Популяции Holopedium в озёрах восточной Канады резко выросли за последние тридцать лет, особенно в провинции Онтарио. Этому способствовало недавнее вторжение евразийской колючей водяной блохи, которая также предпочитает охотиться на Daphnia, давая Holopedium ещё больше пространства для расширения.
Исследователи отмечают, что средняя популяция этих мелких беспозвоночных «желе» во многих озёрах Онтарио удвоилась между серединой 1980-х и серединой 2000-х годов. Они предупреждают, что усиливающаяся «желлификация» канадских озёр будет препятствовать передаче жизненно важных питательных веществ по пищевой цепи к рыбным запасам, а также засорять системы фильтрации, которые помогают использовать воду озёр для питья.
Команда использовала данные ежемесячных наблюдений за озёрами, которые фиксировали химический состав воды и популяции планктона более 30 лет. С помощью современных статистических методов они построили причинно-следственные связи в этих экосистемах и установили, что именно падение уровня кальция в воде вызывает «желеобразный» бум. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
«По мере снижения уровня кальция растущая концентрация желе в центре этих озёр будет снижать перенос энергии и питательных веществ по всей пищевой цепи и, вероятно, затруднит забор озёрной воды для бытовых, муниципальных и промышленных нужд», — говорит соавтор исследования доктор Эндрю Таненцап из Кембриджского университета.
«В Онтарио 20% государственных систем мониторинга питьевой воды теперь поступают из ландшафтов, содержащих озёра с истощённой концентрацией кальция, которая благоприятствует Holopedium, и эта доля будет только увеличиваться».
Исторически из-за индустриализации в Северном полушарии выпадало много кислоты. Кислота вытесняла кальций из почвы. Со временем этот процесс удалил весь кальций из водосборных бассейнов, питающих эти озёра, что привело к резкому снижению уровня кальция в воде.
«Контроль за загрязнением мог остановить кислотные осадки, но только сейчас мы обнаруживаем, что ущерб не был полностью обращён вспять», — отмечает Таненцап.
Дафнии имеют сильно кальцифицированный экзоскелет, поэтому им требуются гораздо более высокие уровни кальция и фосфора. В воде с низким содержанием кальция Daphnia гораздо более уязвимы по крайней мере для одного ключевого хищника — личинки комара-звонца (Chaoborus), — поскольку их способность производить защитные механизмы (крупное тело, прочный экзоскелет, «шейные зубы») нарушена. Кроме того, высокие потребности в фосфоре заставляют их потреблять больше пищи.
Holopedium, однако, не имеют экзоскелета и требуют лишь половину фосфора от нормы Daphnia и всего одну десятую часть кальция. Желеобразная капсула, в которой заключён Holopedium, в значительной степени защищает их от хищников, питающихся планктоном такого размера.
Потеря кальция — не единственная плохая новость для дафний. Команда предполагает, что изменение климата вызывает снижение уровня кислорода в глубинах озёр, создавая лучшие условия и увеличивая популяции личинок комаров-звонцов — главных хищников Daphnia.
Исследователи также изучили, как давно началась желлификация этих озёр. Анализ донных отложений и ископаемых остатков показывает, что Holopedium неуклонно увеличивались примерно с 1850 года — времени ранней индустриализации и последующего роста кислотных осадков. Однако процесс резко ускорился с 1980-х годов.
«Могут потребоваться тысячи лет, чтобы вернуться к историческим концентрациям кальция в озёрной воде исключительно за счёт естественного выветривания окружающих водосборных бассейнов», — говорит Таненцап.
«Тем временем, хотя мы остановили кислотные дожди и улучшили pH многих из этих озёр, мы не можем утверждать, что они полностью восстановились от закисления. Вместо этого мы, возможно, перевели эти озёра в совершенно новое экологическое состояние».