Озеро Байкал на юге Сибири является старейшим и самым глубоким пресноводным озером в мире и из-за своего возраста и изолированности отличается исключительным биоразнообразием, но эта замечательная экосистема находится под угрозой из-за глобального потепления. В этом отрывке из Наши древние озера: естественная история (MIT Press, 2023), Джеффри Маккиннон исследует смену режима, которая сейчас происходит на озере.
Поскольку это самое большое и глубокое из пресноводных озер, огромный объем которого составляет 20% жидкой пресной воды планеты, можно было бы ожидать, что озеро Байкал быть устойчивым к изменениям. Таким образом, когда в 2000-х годах начали появляться комплексные анализы наборов данных за 60 лет, собранных Михаилом Кожовым, Ольгой Кожовой и Любовь Изместьева.
Эти и другие данные ясно показывают, что Байкал нагревается и годовая продолжительность ледового покрова сокращается. Также становится очевидным, что эти изменения влияют на организмы озера как косвенно, через воздействие на другие физические процессы в озере, так и напрямую. В некоторых случаях изменения физических процессов влияют на взаимодействие организмов друг с другом.
В первом крупном отчете, представляющем всесторонний анализ данных, собранных семьей Кожовых, Стефани Хэмптониз Национального центра экологического анализа и синтеза США (ныне в Институте науки Карнеги) Изместьева и группа сотрудников из нескольких учреждений сообщили о биологических изменениях, которые сопровождали потепление Байкала.
Они обнаружили, что масса водорослей в целом увеличивается, как и численность группы широко распространенного зоопланктона, известного как кладоцеры, которые хорошо себя чувствуют при более высоких температурах. Напротив, эндемичный, холодолюбивый Эпишурелла (разновидность мелких ракообразных) либо незначительно сокращается, либо остается стабильным. Из-за физиологических и других различий между различными типами зоопланктона Хэмптон, Изместьева и коллеги предполагают, что, если эти тенденции сохранятся или усилится, это может существенно повлиять на круговорот питательных веществ в озере, что приведет к широким экологическим последствиям.
В дополнительном анализе данных кернов неглубоких отложений международная группа под руководством британских ученых Джордж Суонн (Университет Ноттингема) и Энсон Маккей (Университетский колледж Лондона) изучил, как естественные и антропогенные изменения повлияли на круговорот питательных веществ и химических веществ и, в конечном итоге, на изменение продуктивности водорослей. Их временные рамки в 2000 лет были более длительными, но все же сравнительно недавними. Их самый важный вывод заключается в том, что с середины 19-го века запасы ключевых питательных веществ значительно увеличились: от богатых питательными веществами более глубоких вод до более мелких вод с ограниченным содержанием питательных веществ, где много света и водоросли могут быть продуктивными.
Связанный: «Охотники-собиратели, должно быть, в ужасе смотрели» — Каким было бы суперизвержение Тобы для наших древних родственников?
Они предполагают, что это результат документально подтвержденного увеличения силы ветра над озером, что может вызвать более обширную «вентиляцию» глубоких вод. Причина увеличения силы ветра пока точно не известна, но, вероятно, этому способствуют уменьшение ледяного покрова наряду с повышением температуры воздуха и поверхностных вод.
Хэмптон и Изместьева использовали эти и другие выводы в математической модели экосистемы открытой воды Байкала, разработанной совместно с несколькими другими сотрудниками, в том числе Сабина Волльраб Мичиганского государственного университета и Берлинского института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница. В модели они стремятся интегрировать биологические взаимодействия между организмами с изменениями в физической среде. Их цель — лучше понять причины недавних изменений в сезонных изменениях численности водорослей, особенно зимой.
Байкал, где солнечный свет проникает сквозь чистый зимний лед, традиционно имеет пик продуктивности водорослей зимой и ранней весной — еще одна необычная особенность этой системы. В конце 20 века эти пики часто задерживались, были слабее или просто отсутствовали. Данные семьи Кожовых выявили эти закономерности, которые редко можно оценить в озерах из-за их тщательного отбора проб в течение зимы.
Модель, учитывающая Эпишурелла численности и выпаса, а также рассматривает отдельные популяции водорослей, адаптированных к холоду и к теплой воде, предполагает, что эти изменения в численности водорослей могут быть в значительной степени результатом сокращения годового ледяного покрова, и что, если ледяной покров продолжит уменьшать зимний пик водорослей может исчезнуть совсем. Модель несколько сложна, но ее прогнозируемые результаты обусловлены, по крайней мере частично, большей способностью Эпишурелла подавить рост популяции водорослей, поедая их, когда ледяного покрова меньше.
Модель описывает «сдвиг режима», ступенчатый переход от одного состояния системы к другому, включающий другой диапазон изменений. Ни одна модель не является окончательной, и она может развиваться по мере развития нашего понимания экологических взаимодействий, но контраст между сменой режима и устойчивыми, постепенными изменениями вызывает беспокойство и даже пугает.
Это указывает на то, что глобальное потепление и другие антропогенные изменения окружающей среды могут иногда вызывать резкие сдвиги в экосистемах, которые трудно предсказать и обратить вспять.
Озеро Байкал, самое большое и самое древнее из пресноводных древних озер, возникло во времена динозавров и начало принимать свою современную форму задолго до появления нашей собственной линии, гомининов.
Однако свой нынешний глубокий и полностью насыщенный кислородом характер он приобрел только в позднем плейстоцене (от 2,6 миллиона до 11 700 лет назад). Среди разнообразной эндемической фауны особенно хорошо изучены гаммариды-амфиподы и бычки. Виды обоих излучений играют нехарактерно важную роль в пищевых цепях открытой воды, а также служат добычей единственного на планете вида пресноводных тюленей — нерпы.Пуса сибирская).
Другие виды гаммарид и бычков играют важную роль в весьма своеобразных сообществах глубинных жерл и сипов Байкала, которые получают энергию от метана, просачивающегося в отложения и воды глубокого озера.
Как древнее озеро с биологическим разнообразием, расположенное на самой высокой широте, Байкал демонстрирует прямое и косвенное воздействие глобального потепления на его физические и биологические системы и процессы. В озере, возможно, происходит изменение экологического режима, что должно дать приостановку существам, живущим в более крупной, но все еще ограниченной экосистеме, которая также быстро нагревается.
Отрывок из книги Джеффри Маккиннона «Наши древние озера: естественная история». Опубликовано MIT Press. © 2023 Массачусетский технологический институт. Все права защищены.
