Ветра и тающие льды изменили цикл питательных элементов в Байкале
Антропогенные факторы стресса появились в регионе лишь в 1960-е годы, и сейчас неопределенность прогнозов устойчивости экосистемы Байкала в большей степени обусловлена изменением климата, чем деятельностью человека, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Байкал образовался порядка 30 миллионов лет назад, в нем около 20 процентов мирового запаса поверхностных пресных вод и это старейшее озеро на планете. Байкал интересен не только как геологический объект, но и как место обитания более 2500 эндемичных видов живых организмов. В нем происходит интенсивное вертикальное перемешивание воды — даунвеллинг, которое обеспечивает приток питательных веществ со дна озера к его поверхности и поступление кислорода из фотической зоны на большую глубину. Эти процессы обеспечивают оптимальные условия для поддержания глубоководной эндемичной фауны.
С ростом антропогенной нагрузки на биосферу состояние экосистем Байкала начало вызывать опасения: береговые линии озера начали подвергаться обширной эвтрофикации, вода — становиться теплее, а местные эндемики — вступать в конкуренцию с интродуцентами, угрожающими местному биоразнообразию. Лимнологи также указывали на изменение первичной продуктивности озера, связанное с влиянием глобального изменения климата.
Ученые под руководством Джорджа Свонна (George E. A. Swann) из Ноттингемского университета исследовали, как менялся биогеохимический круговорот питательных элементов в Байкале на протяжении последних двух тысяч лет. Для этого они извлекли керны из окаменелых отложений диатомовых водорослей и измерили в них содержание изотопа ?30Si. Этим организм для построения внешнего скелета необходим кремний, который находится в окружающей в воде в виде кремниевой кислоты — твердый оксид кремния они не усваивают. В свою очередь, потребление кремниевой кислоты SiOH4 ограничивается ее концентрацией в воде, которая зависит от pH и насыщенности кислородом. Опираясь на концентрацию ?30Si в отложениях разного возраста, лимнологи смогли охарактеризовать длительную динамику продуктивности экосистемы.
Изменения биогеохимического круговорота кремния в озере Байкал. (A) ?30Si диатомовых водорослей из озера Байкал; (B) Относительные показатели использования кремниевой кислоты [SiOH4] в фотической зоне; (C) Скорость накопления массы биогенного кремнезема (BSi) на основной тестовой площадке BAIK13-1; (D) Изменение потребления кремниевой кислоты в фотической зоне с течением времени.
George E. A. Swann et al. / PNAS, 2020
Судя по результатам проведенных анализов, потребление SiOH4 в последние две тысячи лет колебалось на уровне 70-90 процентов. Оно было выше во время похолодания V-VII веков и Малого Ледникового периода (82-86 процентов), а в течение Средневековой климатической аномалии — потепления с 880 по 1180 годы нашей эры — снизилось до 74 процентов. Резкий скачок потребления кремниевой кислоты (р<0,001) произошел в начале XX века: питательные вещества поступали в фотическую зону быстрее, чем усваивались диатомеями. Подобное насыщение поверхностного слоя воды элементами питания можно было бы объяснить урбанизацией, добычей полезных ископаемых и поступлением сточных вод в озеро, но активное развитие близлежащих регионов началось только в 1960-е.
Авторы исследования предположили, что изменение биогеохимического круговорота веществ в озере стало ответом на интенсификацию даунвеллинг, которая, в свою очередь, может быть связана с изменением климата — влияющими на озеро силой ветра и сокращением ледового покрова. Быстрый сход снега и льда увеличивает сезон, в течение которого вода в озере легко перемешивается. О роли ветра свидетельствует увеличение численности (r=-0,83; p<0,005) и широкое распространение неместного вида диатомей Ulnaria acus, изначально заселяющих прибрежную зону, по всей площади Байкала.
Ученые отметили, что преобладающее влияние климатического фактора на изменение биогеохимического круговорота веществ в озере не отменяет действие антропогенных стрессоров, возникших в XX и XXI веках, и вносит значительную неопределенность в дальнейшие прогнозы устойчивости экосистемы в Байкале. Поэтому для осуществления таких прогнозов необходимы надежные оценки грядущих изменений ветра и ледового покрова над поверхностью озера.