Данные дистанционного зондирования за шестнадцать лет показывают, что в крупнейших пресноводных озерах Земли изменение климата влияет на тенденции фиксации углерода.
Финансируемое НАСА исследование 11 крупнейших пресноводных озер в мире сочетало полевые и спутниковые наблюдения, чтобы дать новое понимание того, как большие водоемы удерживают углерод, а также как меняющийся климат взаимодействует с озерами.
Как озера фиксируют углерод?
Фитопланктон - это микроскопические водоросли, которые фотосинтезируют или вырабатывают энергию из солнечного света. Фиксация углерода является частью фотосинтеза - неорганический углерод (особенно углекислый газ) превращается организмом в органическое соединение. Все живые существа на Земле содержат органический углерод. Количество фитопланктона и скорость его фотосинтеза равны скорости фиксации углерода в озере.
- Ученые из Мичиганского технологического исследовательского института (MTRI) изучили пять Великих Лаврентийских озер, граничащих с США и Канадой; три Великих африканских озера: Танганьика, Виктория и Малави; Озеро Байкал в России; и озера Большая Медведица и Великие Невольничьи в Канаде.
Эти 11 озер содержат более 50% поверхностных пресных вод, на которые полагаются миллионы людей и бесчисленное множество других существ, что подчеркивает важность понимания того, как они меняются под воздействием изменения климата и других факторо
В двух канадских озерах и озере Танганьика произошли самые большие изменения в первичной продуктивности - росте водорослей в водоеме. Колебания продуктивности указывают на большие изменения в экосистемах озе
«Основа пищевой цепи в этих озерах - продуктивность водорослей. Эти озера имеют океанические размеры и изобилуют фитопланктоном - небольшими водорослями », - сказал соавтор Гэри Фаненштиль, научный сотрудник MTRI и недавно вышедший на пенсию старший научный сотрудник лаборатории экологических исследований Великих озер NOAA. «Мы измерили скорость связывания углерода, то есть скорость, с которой водоросли фотосинтезируют в этих озерах. Поскольку эта скорость изменяется, увеличивается или уменьшается, это означает, что меняется все озеро, что имеет разветвления на всем протяжении пищевой цепи, от зоопланктона до рыбы
На эти озера влияют многие факторы. Изменение климата, увеличение количества питательных веществ (эвтрофикация) и инвазивные виды - все это в совокупности вызывает общесистемные изменения, что затрудняет выявление конкретных причин, особенно с земли, с ограниченными наблюдениями на мест то месте.
Подсчет фитопланктона с помощью цвета
«Мы полагаемся на активы НАСА - спутник MODIS, который летает с 2002 года, к которому мы применяем алгоритм и модель, которые мы разрабатывали в MTRI в течение десяти лет», - сказал Сэйерс. «Когда мы начинаем подсчитывать количество пикселей в глобальных наблюдениях для 11 озер за 16 лет, это действительно примечательно». Он добавил, что количество пикселей, наблюдаемых на озеро, исчисляется «миллионами».
Одним из самых замечательных аспектов результатов является то, насколько быстро произошли изменения в этих пресноводных озерах - заметное количество менее чем за 20 лет. Исследование способствует достижению цели Системы мониторинга углерода НАСА по определению того, насколько пресноводные озера вносят вклад в глобальный углеродный цикл.
«Три крупнейших озера в мире демонстрируют серьезные изменения, связанные с изменением климата, при этом общая биологическая продуктивность всего за последние 16 лет изменилась на 20-25%», - сказал Фаненштиль.
Больше, чем водоросли
За 16 лет данных в озерах Большая Медведица и Великие Невольничьи на севере Канады наблюдалось наибольшее увеличение продуктивности, а в озере Танганьика на юго-востоке Африки - снижение. Эти тенденции связаны с повышением температуры воды, а также солнечной радиацией и уменьшением скорости ветра.
Сэйерс сказал, что если посмотреть на продуктивность, численность водорослей, прозрачность воды, температуру воды, солнечную радиацию и скорость ветра в пресноводных озерах, то можно получить более полную картину экосистемы в целом.
«Температура и солнечная радиация являются факторами изменения климата», - сказал Сэйерс. «Изменения прозрачности хлорофилла и воды не обязательно вызваны изменением климата, но могут быть вызваны эвтрофикацией или инвазивными видами, такими как мидии квагги».
Исследователи использовали измерения озер, выполненные флотом исследовательских судов Исследовательского центра Великих озер, чтобы подтвердить данные спутниковых наблюдений и предоставить данные для оценки модели.
Статья «Тенденции фиксации углерода в одиннадцати крупнейших озерах мира: 2003–2018 годы» опубликована в журнале Water . Исследователи планируют продолжить свои исследования, применяя то, что они узнали до сих пор, для оценки роли вредоносного цветения водорослей в потоке углерода в атмосферу.
Как говорится, вода - это жизнь. Лучшее понимание того, как изменения продуктивности озер влияют на водоемы, на которые полагаются многие люди, важно для сообществ, живущих на берегах озер. Это также важно для мирового сообщества, поскольку мы глубже исследуем роль пресноводных озер в глобальном углеродном цикле и изменении климата.