Перестройки арктических экосистем в связи с потеплением
Анна Каспарсон
За последние 150 лет средняя температура поверхности Земли увеличилась на 0,4 градуса. В Арктике же скорость потепления выше почти в три раза. Сейчас рост среднегодовых температур на территории этого района превосходит рост, имевший место на границе плейстоцена и голоцена (11-12 тыс. лет назад), сопровождавшийся значительным преобразованием сообществ и массовым вымиранием видов. Конечно, в сравнимом масштабе оценить последствия нынешнего потепления смогут лишь наши далекие потомки, но некоторые изменения организации арктических экосистем мы можем проследить уже сегодня.
Коллектив из 25 ученых Норвегии, Швеции, Финляндии, Дании, Гренландии, Канады, США, Великобритании и Франции, возглавляемый Эриком Постом (Eric Post) из Университета штата Пенсильвания (США), объединил данные о функционировании экологических систем Арктики, собранные по окончании четвертого Международного полярного года. Полученные результаты прямо или косвенно связаны с изменением одного параметра - температуры.
Рис. 1. Сокращение площади суши Северного полушария, покрытой летом (в период с июня по сентябрь) снегом (синие точки), а также площади морских вод Северного полушария, остающихся летом подо льдом (красные точки). По оси абсцисс отложены годы, по оси ординат: слева - площадь снегового покрытия (в млн км2), справа - площадь покрытых льдом морских вод (в млн км2). Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Увеличение среднегодовых температур на территории Арктики приводит к таянию покрывающего сушу снега и морского льда (рис. 1). Так, за последние 20-30 лет минимальная летняя площадь ледового покрова Северного Ледовитого океана ежегодно сокращалась примерно на 45 000 км2. В первую очередь это оказало влияние на такие виды, как белая чайка (Pagophila eburnea), морж (Odobenus rosmarus divergens), кольчатая нерпа (Phoca hispida), хохлач (Cystophora cristata), нарвал (Monodon monoceros) и белый медведь (Ursus maritimus). Например, известно, что белая чайка, один из редчайших видов размножающихся в Арктике птиц, зимой проводит значительное время держась на кромке многолетних дрейфующих льдов, откуда эти птицы летают на поиски пищи. Недавнее исследование выявило сокращение численности популяции белой чайки на территории Северной Канады за 20 лет на 80%.
Возрастание температуры поверхностных вод Баренцева моря привело к прогреванию глубинных вод, где кормится морж. Это, в свою очередь, сказалось на арктических бентосных сообществах, которые стали всё больше походить на субарктические - менее пригодные для питания моржей. Ранний весенний ледоход в Гудзоновом заливе и таяние снега в период появления на свет щенков кольчатой нерпы привели к замедлению пополнения популяции этого вида. Это, в совокупности с рядом других факторов, оказывает влияние на численность белого медведя.
Рис. 2. В связи с потеплением на территории Гренландии наблюдается всё более раннее цветение растений. Графики показывают изменение даты начала цветения представителей шести различных родов сосудистых растений за период с 1996-го по 2008 год (виды разных родов показаны разным цветом). По оси абсцисс отложены годы, по оси ординат - дни календарного года; например, 150-й день - 30 мая (в високосные годы 29 мая). Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Потепление климата привело также к тому, что за последнее десятилетие в отдельных частях Арктики начало цветения некоторых видов сосудистых растений (рис. 2) и активности взрослых насекомых стало приходиться на более ранние сроки.
В то же время наблюдается распространение на север видов, типичных для более низких широт. В северных регионах всё чаще появляются деревья и кустарники, встречавшиеся ранее лишь на юге Арктики. При этом было показано, что кустарники способствуют накоплению снега на поверхности подстилки, повышению температуры зимой в толще почвы и увеличению активности почвенных микроорганизмов. Это приводит к более интенсивной минерализации органических соединений, что, в свою очередь, может оказывать положительный эффект на рост тех же кустарников.
Продвижение на север деревьев и кустарников сдерживается в некоторой степени северным оленем (Rangifer tarandus) и овцебыком (Ovibos moschatus): копытные вытаптывают мхи и одновременно удобряют почву, тем самым способствуя продвижению на север злаков.
В некоторых случаях наступление с юга одних видов сочетается с сокращением численности других, типичных арктических видов. Фактически мы можем наблюдать постепенное замещение одних видов другими. Так, снижение численности песца (Alopex lagopus) на некоторых участках Арктики сопровождается расширением ареала рыжей лисицы (Vulpes vulpes).
Рис. 3. Возрастающий разрыв во времени между началом отёла в гренландской популяции северного оленя (Rangifer tarandus; показано синим цветом) и началом вегетации растений (показано красным цветом). Вегетация начиналась всё раньше, а сроки отёла не менялись. По оси абсцисс отложены годы наблюдений, по оси ординат - дни календарного года. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Изменение организации арктических сообществ выражается также в перестройке трофических связей. Так, в Гренландии, несмотря на более ранние сроки вегетации сосудистых растений, сдвига начала отёла у северного оленя не наблюдается (рис. 3), поскольку период спаривания оленя является фиксированным, закрепившимся в процессе эволюции этого вида, а сроки беременности тоже остаются неизменным. Но из-за того, что меняются сроки прорастания семян и скорость развития растений, разрыв во времени между максимальной потребностью размножающихся самок в пище и максимальной доступностью ресурса с каждым годом становится всё более выраженным. Отчасти этим объясняется наблюдающееся в настоящее время снижение численности практически всех изученных на территории Арктики популяций северного оленя.
Рис. 4. Наблюдающееся в последнее время изменение типичной динамики численности популяций мелких грызунов. На приведенном примере популяции лемминга из северо-восточной Гренландии видно, что исчезли характерные периодические вспышки численности. Причина - изменение качества снежного покрова, под которым лемминги зимой активно живут и размножаются. По оси абсцисс - года наблюдений. По оси ординат - плотность изучавшейся популяции леммингов (количество особей на гектар). Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Изменения трофических связей проявляются и на более высоких уровнях организации пищевых сетей. Например, вызванные потеплением изменения структуры снегового покрова и затопление подснежных ходов лемминга (Lemmus lemmus) привели к снижению численности этого вида. В результате прекратились типичные для мелких грызунов циклические колебания численности (чередования быстрого роста и спада) лемминга (рис. 4). Это может иметь серьезные последствия для тех участков пищевых сетей, в которых этот вид является ключевым.
Наконец, потепление повлияло и на биогеохимические циклы в арктических экосистемах. Так, в связи с возрастающей долей дождей в общем количестве осадков увеличилось смывание с суши органических соединений в водоемы, что ведет к увеличению их эвтрофикации. Определенные изменения в перемещениях азота, фосфора, углерода, а также других элементов в экосистемах тоже оказываются следствием более раннего таяния снега на суше и схода льда водоемов, а также нарушения сложившихся взаимодействий внутри сообществ Арктики.
Источник: Eric Post et al. Ecological Dynamics Across the Arctic Associated with Recent Climate Change // Science. 2009. V. 325. P. 1355-1358
http://elementy.ru/news?newsid=431160