Морские тепловые волны угрожают прибрежному планктону
Температуры по всему миру продолжают расти, и Северное море — не исключение. Помимо этого постепенного потепления, всё более частые и интенсивные тепловые волны также имеют последствия для морских организмов.
Исследователи Морской станции Гельголанд, объекта Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера, количественно оценили частоту и интенсивность этих тепловых волн, а также их последствия для планктона.
Учёные обнаружили, что постепенное потепление вызывает значительные сдвиги в видовом спектре. Однако, когда добавляются тепловые волны, эти изменения усиливаются. Результаты опубликованы в трёх работах, самая последняя — в Limnology and Oceanography. Более раннее исследование вышло в том же журнале, а ещё одно — в Journal of Animal Ecology.
От повышения уровня моря и появления новых видов до роста температуры на 1.9°C с 1962 года — есть явные доказательства, что Северное море меняется сейчас быстрее, чем за последние тысячелетия.
Однако, учитывая, что изменение климата происходит в долгосрочной перспективе, эти изменения могут казаться медленными и постепенными. «В этой головоломке, однако, не хватает ключевого элемента, — говорит доктор Седрик Менье. — И это морские тепловые волны».
Менье исследует экологию шельфовых морских систем. В сотрудничестве с учёными из разных дисциплин он сосредоточился на морских тепловых волнах и их потенциальном влиянии на планктон.
Во время этих периодов сильной жары температура воды резко повышается — обычно в результате предшествующей атмосферной тепловой волны — и остаётся значительно выше средних значений в течение нескольких дней. Учитывая их внезапность и интенсивность, исследователи стремились определить, как эти волны влияют на организмы.
Они проанализировали исторические данные измерений, изучили частоту и интенсивность тепловых волн за последние десятилетия и провели эксперимент, моделирующий будущее экосистемы Северного моря. Две статьи 2024 года сосредоточены на прошлом и настоящем. Третья завершает цикл, фокусируясь на будущем воздействии этих волн.
Исторический анализ стал возможен благодаря «Гельголандским рейдам» — одной из самых длинных и подробных экологических временных серий в мире. Она непрерывно документирует пелагическую экосистему Северного моря с 1962 года.
В анализе температурных данных эколог доктор Луис Хименес и его коллеги выявили, что морские тепловые волны в последние десятилетия в Немецкой бухте происходят чаще и длятся дольше. Эти волны чаще случаются в конце лета, когда средние температуры в годовом цикле максимальны.
Второе исследование показало, что тепловые волны уже оказывают значительное влияние на организмы. «Мы выявили существенные изменения в зоопланктоне среднего размера, включая веслоногих рачков, в результате временного повышения температуры, — объясняет Марго Дешам, ещё один исследователь станции. — Некоторые группы были временно уничтожены после тепловой волны, в то время как другие, по-видимому, получали выгоду и размножались».
В третьей статье команда исследует потенциальные будущие изменения. Они использовали одну из самых современных в мире мезокосмных установок на Ваттовой станции AWI на острове Зюльт. Каждый из 30 цилиндрических резервуаров (мезокосмов) вмещает около 1800 литров морской воды.
Целенаправленно изменяя температуру воды, значение pH и содержание питательных веществ, исследователи могут моделировать условия мира завтрашнего дня. Таким образом, мезокосмы действуют как машины времени, перенося планктон в будущее.
В этом эксперименте команда подвергла планктон Северного моря как текущим условиям, так и условиям, прогнозируемым по сценарию RCP 8.5 — сценарию «обычного развития событий», определённому Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК).
В этом сценарии глобальные выбросы CO2 продолжали бы расти до более чем 100 гигатонн к 2100 году, что могло бы привести к повышению глобальной температуры на 4–5°C. Текущие условия и условия RCP 8.5 моделировались как без тепловых волн, так и с пятидневными тепловыми волнами, которые нагревали воду на 2°C выше среднего.
«Результаты показывают, что изменение климата может вызвать сдвиги на многих уровнях внутри планктонного сообщества, которые дополнительно усиливаются или модифицируются тепловыми волнами, — объясняет Менье. — Определённые группы бактерий получают выгоду от этих изменений окружающей среды, включая некоторые бактерии рода Vibrio, потенциально опасные для человека.
В то время как общая биомасса фитопланктона остаётся постоянной в сценарии RCP 8.5, видовой состав смещается в пользу более мелких видов. Дополнительное воздействие тепловых волн особенно благоприятствует кокколитофоридам, имеющим карбонатную оболочку, и фитофлагеллятам. Ещё более сильные сдвиги происходят в сообществах зоопланктона.
Мы наблюдаем сокращение общей биомассы в более тёплых условиях, особенно в отношении мезозоопланктона среднего размера. Дополнительные тепловые волны оказывают особенно негативное влияние на Noctiluca scintillans, вид, известный своей биолюминесценцией».
В целом три исследования убедительно демонстрируют огромные изменения в видовых сообществах планктона Северного моря в результате продолжающегося глобального повышения температуры. Однако для экологических прогнозов недостаточно фокусироваться только на средних температурах. Это связано с тем, что краткосрочные события, такие как тепловые волны, могут изменять и потенциально дополнительно усиливать эти эффекты.
«Имея это в виду, важно следить не только за долгосрочными климатическими тенденциями, но и за краткосрочными событиями, такими как тепловые волны, — говорит Седрик Менье. — Морские тепловые волны воздействуют на организмы в основе пищевой сети. Это может иметь последствия для более высоких уровней, таких как рыбы».