Фаза активного цветения водорослей. / Виталий Тимкив / РИА Новости
Группа исследователей завершила многолетнюю работу по изучению Чёрного моря. Публикация, представленная в журнале Progress in Oceanography, охватывает 25-летний период спутниковых наблюдений и опровергает устоявшиеся научные представления, существовавшие на протяжении последних десятилетий.
Причина в «Зелёной революции»
Проблема массового размножения морских водорослей, известного как цветения, приобрела глобальный характер примерно с 1970-х годов. В результате «Зелёной революции» в аграрном секторе широкое распространение получили минеральные удобрения, которые попадают в реки и затем в моря в огромных объемах.
Для Чёрного моря это обернулось катастрофическими последствиями: в конце 1980-х — начале 1990-х годов произошёл экологический кризис, резко снизились запасы промысловых рыб, таких как хамса и шпрот, а на больших участках шельфа исчезли донные организмы, что привело к разрушению уникальных морских экосистем.
«В общем, „цветение“ водорослей является естественным процессом, известным с древности, и не вызывало особых тревог у человечества. Однако с начала 70-х годов XX века в Чёрное море начало поступать не просто много, а огромное количество питательных веществ, таких как фосфаты и нитраты. Это, естественно, вызвало значительный рост частоты и интенсивности „цветений“ водорослей, и с этого момента они стали представлять собой проблему для людей», — разъясняет руководитель исследования, старший научный сотрудник Морского гидрофизического института РАН, доктор биологических наук Олег Юнев.
Ныряем в сборище токсинов. Можно ли купаться в цветущей воде? Подробнее
До недавнего времени исследование этого явления в глубоких водах Чёрного моря было крайне сложным — морские экспедиции редки и не могут охватить всю акваторию, а вероятность случайно зафиксировать кратковременные «цветения» практически равна нулю. Решением проблемы стало использование спутниковых данных, которые позволяют отслеживать концентрацию хлорофилла-а — зелёного пигмента водорослей, традиционно считающегося хорошим индикатором их биомассы.
На основе этих данных за последние десятилетия сложилось устойчивое представление о том, что в глубоководной части Чёрного моря происходят два характерных «цветения». Основное происходит в феврале-марте, менее выраженное — в ноябре.
Биомасса водорослей в сентябре увеличивается в три раза
Однако оказалось, что концентрация хлорофилла-а не всегда адекватно отражает реальную биомассу водорослей. Соотношение между массой фитопланктона и содержанием этого пигмента существенно изменяется в зависимости от сезона, видового состава, уровня освещенности и доступных питательных веществ. Зимой это соотношение в Чёрном море может достигать 3-6 раз меньшего значения, чем летом.
Чтобы получить более точную картину, исследователи впервые преобразовали многолетние спутниковые данные по хлорофиллу-а в биомассу фитопланктона, используя сезонные коэффициенты пересчёта, основанные на натурных измерениях. Кроме того, была применена специализированная компьютерная программа, разработанная датским ученым Якобом Карстенсеном, которая позволяет статистически обоснованно выделять случаи «цветений» из общего массива данных.
Течения-убийцы и водоросли, лишающие памяти. Перечислены угрозы южных морей Подробнее
Результаты оказались впечатляющими: пик биомассы фитопланктона и его «цветения» наблюдается не зимой и весной, как считалось ранее, а в сентябре. В это время, когда на курортах наступает бархатный сезон, биомасса водорослей увеличивается в три раза. «Цветения” происходят регулярно с августа по ноябрь.
Новые данные позволили пересмотреть и механизмы, способствующие «цветениям». Выяснилось, что причина заключается в уникальных (среди морского фитопланктона) свойствах крупных диатомовых водорослей, преобладающих в глубоких водах Чёрного моря в летне-осенние месяцы. Эти микроорганизмы способны накапливать нитраты на глубине и затем подниматься в освещённые верхние слои, где и происходит их интенсивное развитие («цветение”).
Из-за потепления возник новый режим
Исследование также продемонстрировало, как кардинально изменилась экосистема Чёрного моря за последние 60 лет. До 1970-х годов биомасса фитопланктона в глубоководной части моря оставалась низкой круглый год, и «цветений” водорослей на поверхности не наблюдалось. Затем в регионе произошло похолодание, и стали фиксироваться как осенние, так и зимне-весенние «цветения”. В современный период поступление биогенных веществ в море с берегов снизилось, а климат стал теплеть, в результате чего возник новый режим, при котором наблюдаются только осенние «цветения”.
Засохнем или поплывем? Грозит ли регионам России тотальное обезвоживание Подробнее
Результаты проведённого исследования имеют важное значение для мониторинга состояния морских экосистем, прогнозирования изменений в условиях продолжающегося потепления климата и правильной интерпретации спутниковых данных. Методология может быть использована для изучения других морских районов, где спутниковые наблюдения являются основным источником информации о состоянии фитопланктона.
Теперь учёные намерены разработать алгоритмы для прямого определения биомассы фитопланктона по спутниковым данным, что позволит значительно повысить точность экологического мониторинга и лучше понять, как морские экосистемы реагируют на глобальные изменения окружающей среды.
