Світовий океан зеленіє: чому це може бути погано і до чого тут потепління?

Світовий океан зеленіє. Здавалося б, що поганого у смарагдовому кольорі води? Однак, за словами вчених, така зміна кольору може бути результатом зміни клімату - і призводить до сумних наслідків.

Вивчивши дані супутникових знімків за останні два десятиліття, команда вчених із США та Великобританії виявила, що 56% поверхні Світового океану, а це більше за площу всієї земної суші, у період з 2002 по 2022 рік стало помітно зеленішим, причому це найбільш помітно в тропічних регіонах у районі екватора.

Результати їх досліджень опубліковані у журналі Nature.

Колір океану визначається поверхневим шаром води. Як правило, чим більше в цьому шарі фітопланктону, який використовує зелений хлорофіл для процесу фотосинтезу, тим зеленіша вода. І навпаки, що менше у воді водоростей і мікробів, то вона блакитніша.

Здавалося б, що поганого у фітопланктоні? Адже ми прагнемо зробити наш світ зеленим. Завдяки тому, що фітопланктон абсорбує CO2, світові океани виконують роль величезного сховища цього парникового газу, теоретично стримуючи глобальне потепління.

Але, як вважають фахівці, підвищена концентрація фітопланктону може мати численні побічні та далеко не завжди передбачувані ефекти на океанські екосистеми.

Фітопланктон змінює температуру води, її прозорість та вміст у ній поживних елементів.

Дослідники вже не раз спостерігали короткочасні, але дуже сумні наслідки вибухового зростання фітопланктону внаслідок різкого підвищення температури, коли він використовував усі запаси кисню у воді, залишаючи мертві зони.З них могли вибратися далеко не всі живі організми.

Підпишіться на нашу імейл-розсилку і щовечора з понеділка по п'ятницю ви отримуватимете найголовніші новини за день, а також контекст, який допоможе вам розібратися в тому, що відбувається.

Винне потепління?

На думку керівника дослідження, професора Б. Б. Каеля з британського Національного океанографічного центру, що спостерігаються в океані зміни - результат глобального потепління, яке, у свою чергу, викликане активним використанням викопних видів палива.

Тут ми публікуємо лише головні новини та найцікавіші тексти. Канал доступний для неросійських номерів.

Кінець історії Реклама WhatsApp-каналу

"Зелені океани - це додаткове свідчення того, як людська активність впливає на життя на Землі і відбивається на біосфері", - пише вчений.

Дослідники визнають, що фітопланктон може бути і не єдиною причиною позелення океанів, але проведений Каелем аналіз супутникових знімків укладається в комп'ютерну модель, створену в 2019 році співавтором його дослідження, старшим науковим співробітником Массачусетського технологічного інституту Стефані Дуткевич.

У її моделі були два сценарії колірної зміни світового океану в найближчі 20 років. Один включав присутність парникових газів, а другий – ні. Модель із парниковими газами показала тоді, що за два десятиліття позеленіє до 50% океану.

Дослідники не ставили за мету поглиблено вивчати можливі наслідки позеленіння Світового океану.

Вони лише зазначають, що процес у поверхневих мікробіологічних екосистемах вже йде, і вони першими вказали на це науковому співтовариству, яке тепер має дати оцінку тому, що відбувається.

Що таке фітопланктон: поняття, види, поширення та місце існування

Що таке фітопланктон? Більшість представників фітопланктону надто малі, щоб їх можна було побачити неозброєним оком. Однак у досить високих кількостях деякі різновиди можуть бути помітні як кольорові плями на поверхні води через вміст хлорофілу всередині їх клітин і допоміжних пігментів, таких як фікобіліпротеїни або ксантофіли.

Що таке фітопланктон

Фітопланктон є фотосинтезуючими мікроскопічними біотичними організмами, що живуть у верхньому шарі води багатьох океанів і озер на Землі. Вони є творцями органічних сполук із двоокису вуглецю, розчинених у воді - тобто ініціаторами процесу, що підтримує водну харчову мережу.

Фотосинтез

Фітопланктон отримує енергію в процесі фотосинтезу і тому має жити в добре освітленому поверхневому шарі (званому евфотичною зоною) океану, моря, озера або іншої водойми. Фітопланктон становить близько половини всієї фотосинтетичної активності Землі. Його кумулятивна фіксація енергії в сполуках вуглецю (первинне виробництво) є основою для переважної більшості океанічних та багатьох прісноводних харчових ланцюгів (помітним винятком є ​​хемосинтез).

Унікальні види

Хоча майже всі види фітопланктону – виняткові фотоавтотрофи, є деякі з них – мітотрофи.Зазвичай це непігментовані види, які є гетеротрофними (останні часто розглядаються як зоопланктон). Найбільш відомі динофлагелярні пологи, такі як Noctiluca та Dinophysis, які отримують органічний вуглець шляхом проковтування інших організмів або детритового матеріалу.

Значення

Фітопланктон поглинає енергію сонця та поживні речовини з води для виробництва власної їжі. У процесі фотосинтезу у воду виділяється молекулярний кисень (O2). За оцінками, близько 50% чи 85% кисню у світі утворюється при фотосинтезі фітопланктону. Решта виробляється шляхом фотосинтезу сухопутними рослинами. Щоб зрозуміти, що таке фітопланктон, необхідно усвідомлювати його велике значення для природи.

Зв'язок із мінералами

Фітопланктон у вирішальній мірі залежить від мінералів. Це насамперед макроелементи, такі як нітрат, фосфат або кремнієва кислота, доступність яких визначається балансом між так званим біологічним насосом та підйомом глибоких, багатих на поживні речовини вод. Однак у великих районах Світового океану, як-от Південний океан, фітопланктон також обмежений відсутністю мікронутрієнтного заліза. Це призвело до того, що деякі вчені виступали за запліднення заліза як засобу протидії накопиченню вуглекислого газу (CO2), виробленого людиною в атмосфері.

Вчені проводили експерименти з додавання у воду заліза (зазвичай у вигляді солей, таких як сульфат заліза), щоб сприяти зростанню фітопланктону і вивести атмосферний CO2 в океан. Проте суперечки про управління екосистемою та ефективність внесення добрив у залозі уповільнили такі експерименти.

Різноманітність

Термін "фітопланктон" охоплює усі фотоавтотрофні мікроорганізми у водних харчових ланцюгах. Однак, на відміну від земних співтовариств, де більшість автотрофів є рослинами, фітопланктон є різноманітною групою, що включає найпростіших еукаріотів, таких як еубактеріальні та архаебактеріальні прокаріоти. Існує близько 5000 відомих видів морського фітопланктону. Як ця різноманітність розвивалася, незважаючи на обмежені харчові ресурси, поки що неясно.

Найбільш важливі групи фітопланктону включають діатомові водорості, ціанобактерії і динофлагелляти, хоча в цій вкрай різноманітній групі представлені і багато інших груп водоростей. Одна група, coccolithophorids, відповідальна (частково) за виділення значних кількостей диметилсульфіду (DMS) в атмосферу. DMS окислюється з утворенням сульфату, який у районах з низькою концентрацією аерозольних частинок може сприяти виникненню спеціальних областей конденсації повітря, що в основному призводить до збільшення хмарності та туману над водою. Ця властивість також характерна для фітопланктону озер.

Усі типи фітопланктону підтримують різні трофічні (тобто харчові) рівні у різних екосистемах. В оліготрофних океанічних районах, таких як Саргасове море або Південний Тихий океан, серед фітопланктону найчастіше зустрічаються одноклітинні невеликого розміру, які називаються пікопланктоном і нанопланктоном (також звані пікофлагеллатами та нанофлагелятами). В основному під фітопланктоном розуміють ціанобактерії (Prochlorococcus, Synechococcus) і пікоеукаріотів, таких як Micromonas. У продуктивніших екосистемах великі динофлагелляти є основою біомаси фітопланктону.

Вплив на хімічний склад води

На початку ХХ століття Альфред До. Редфілд виявив схожість елементарного складу фітопланктону з основними розчиненими поживними речовинами в глибокому океані. Редфілд припустив, що ставлення вуглецю до азоту до фосфору (106: 16:1) в океані контролюється потребами фітопланктону, оскільки фітопланктон згодом виділяє азот та фосфор, оскільки вони ремінералізуються. Це так зване співвідношення Редфілда при описі стехіометрії фітопланктону і морської води стало фундаментальним принципом для розуміння еволюції морської екології, біогеохімії, а також того, що таке фітопланктон. Однак коефіцієнт Редфілда не є універсальною величиною і може розходитися через зміни у складі екзогенних поживних речовин та мікробів в океані. Продукція фітопланктону, як має бути, зрозумів читач, впливає як на рівень кисню, а й у хімічний склад океанічної води.

Біологічні особливості

Динамічна стехіометрія, властива одноклітинним водоростям, відображає їх здатність зберігати поживні речовини у внутрішньому резервуарі та змінювати склад осмоліту. Різні клітинні компоненти мають унікальні стехіометричні характеристики, наприклад, ресурсні (легкі або поживні) пристрої для збору даних, такі як білки і хлорофіл, містять високу концентрацію азоту, але з низьким вмістом фосфору. Тим часом генетичні механізми росту, такі як рибосомальна РНК, містять високі концентрації азоту і фосфору (N і P відповідно). Харчовий ланцюг фітопланктон-зоопланктон, незважаючи на різницю між цими двома типами істот, є основою екології водних просторів по всій планеті.

Життєві цикли

Грунтуючись на розподілі ресурсів, фітопланктон поділяється на три стадії життя: виживання, цвітіння та консолідація. Фітопланктон, що вижив, має високе співвідношення N: P (азота і фосфору) (> 30) і містить безліч механізмів збору ресурсів для підтримки зростання при дефіцитних ресурсах. Квітучий фітопланктон має низьке співвідношення N:P (<10) та адаптований до експоненційного зростання. Консолідований фітопланктон має аналогічний N : P до коефіцієнта Редфілда і містить відносно рівне співвідношення механізмів зростання та накопичення ресурсів.

Сьогодення та майбутнє

Дослідження, опубліковане в Nature у 2010 році, показало, що морський фітопланктон протягом минулого століття суттєво знизився у Світовому океані. За оцінками, концентрації фітопланктону в поверхневих водах зменшилися приблизно на 40% з 1950 року зі швидкістю близько 1% на рік, можливо у відповідь на потепління океану. Дослідження викликало суперечки між вченими та призвело до гарячих дебатів. У подальшому дослідженні 2014 року автори використали велику базу даних вимірювань та переглянули свої методи аналізу, щоб врахувати кілька опублікованих критичних зауважень, але в результаті дійшли аналогічних тривожних висновків: кількість водоростей фітопланктону стрімко скорочується.