Снег Антарктиды «меняет цвет»?

В исследовании, проводившемся в течение трех лет, изучалось, как зеленые снежные водоросли Антарктиды окрашивают некоторые участки суши в зеленый цвет. Они обнаружили, что водоросли являются естественной частью экосистемы Антарктиды, но изменение климата вызывает изменения в пропорциях цветения водорослей.

Когда мы думаем об Антарктиде, первое, что приходит нам на ум, — это пингвины и большие территории, покрытые снегом. Снег, который является самым чистым "белым" из всех существующих. Большие массы белого цвета, разбросанные на тысячи километров, — это очень хорошее описание Антарктиды.

Но этот легендарный снег уже не совсем белый... все благодаря водорослям!

Какого цвета снег?

Исследования и наблюдения, проведенные летом 2017, 2018 и 2019 годов, позволили сделать вывод, что снег на Антарктическом полуострове становится зеленым.

Это связано с ростом водорослей. Эти водоросли, несмотря на то, что по отдельности их невозможно увидеть невооруженным глазом, видны из космоса. Эти водоросли образуют колонии, называемые цветением водорослей, которые распространяются на большие территории.

Рост водорослей становится настолько сильным, что занимает большие площади снега. В результате колония видна из космоса как пятно (или множество пятен) зеленого цвета на белом.

Водоросли имеют зеленый цвет из-за наличия пигмента хлорофилла, который помогает в фотосинтезе. На снегу Антарктиды были обнаружены не только зеленые, но и красные водоросли, которые окрашивают снег в зловещий красный цвет!

Эти зеленые и красные водоросли присутствуют не только на поверхности снега. Иногда они могут находиться под поверхностью снега, и тогда, когда верхний слой снега тает, цветение водорослей остается видимым в нижних слоях.

Количество водорослей

Цветение водорослей было обнаружено в прибрежных районах Антарктического полуострова. Антарктический полуостров — это часть континента с наибольшей растительностью. По площади в Антарктиде только 0,18% суши свободны от снега. И из них только 1,34% Антарктического полуострова содержат растительность.

Исследование показало, что на полуострове содержится не менее 1,3 × 103 тонн годовой биомассы (сухой) зеленых снежных водорослей. Цветение водорослей может распространяться на площади от десятков см² до сотен м². Показано, что зеленые снежные водоросли занимают около 1,9 км² площади полуострова.

Число отдельных цветений зеленых снежных водорослей составляет в общей сложности 1 679. Площадь, на которой располагались эти колонии, варьировалась от 300 м² до 145 000 м², в среднем составляя 1 043 м².

Полевые наблюдения показывают, что красные снежные водоросли занимают не менее половины площади, покрытой зелеными снежными водорослями. Иногда красные или оранжевые водоросли включаются в цветение зеленых водорослей. Это могут быть виды Sanguina, Chloromonas polyptera и Hydrurus.

Использованные методы

Это наглядное исследование включало два метода оценки площади, покрытой зелеными снежными водорослями. Красные снежные водоросли не были включены в это исследование, поскольку длина волны, на которой они обнаруживаются, перекрывается с длиной волны для минеральной пыли в снегу, что затрудняет точное обнаружение красных водорослей.

Метод 1: Спутниковое дистанционное зондирование

Для оценки распределения цветения использовалась группировка мультиспектральных спутников Sentinel 2 Европейского космического агентства (ESA). Рост зеленых снежных водорослей был настолько обильным, что эти зеленые пятна на снегу были видны из космоса. Следует отметить, что это сезонный рост, поэтому съемка со спутников охватывает только февраль и март.

Мультиспектральная съемка помогла определить распределение, биомассу и размер цветения снежных водорослей на всем Антарктическом полуострове. Это первый случай, когда спутниковая съемка помогла оценить сообщество снежных водорослей в районе полуострова.

Метод 2: Полевые исследования

Ученые провели две полевые экспедиции для подтверждения изображений, полученных со спутников. Сбор данных проводился в течение двух полевых сезонов. Один из них проходил в заливе Райдер, остров Аделаида (67° ю.ш.) летом 2017/18 года. Другой — на полуострове Фильдес, остров Кинг-Джордж (62° ю.ш.) летом 2018/19 года.

На обоих полевых участках наблюдался рост прибрежных снежных водорослей, как зеленых, так и красных. В период с декабря по январь зеленые водоросли были видны между сезонным и многолетним слоями снега. Однако когда снег растаял в феврале, зеленые водоросли были видны на более старых слоях снега. Толщина этого слоя зеленых водорослей достигала 9 мм.

Сравнение двух методов

На снимках Sentinel 2 биомасса водорослей оценивалась от 5 г до 5 791 г сухой массы м-2, в среднем 58 г сухой массы м-2. Это хорошо сопоставимо со средним значением измерений в полевых условиях, которое составило 30 г сухой массы м-2.

Что означает этот рост водорослей?

Условия для роста

Эти зеленые снежные водоросли, как и другие водоросли, нуждаются в воде/влаге, солнечном свете и питательных веществах для роста. На Антарктическом полуострове зарегистрированы температуры значительно выше 0 °C. Это хорошая новость для водорослей, поскольку их потребность в воде, похоже, удовлетворяется за счет таяния снега.

Что касается солнечного света, то из-за облачного покрова он рассеянный.

Питательные вещества — это, пожалуй, самое интересное. Эти снежные водоросли получают питание из экскрементов пингвинов!

Азот и фосфаты, необходимые для роста водорослей, имеются в местах, где выделения тюленей, пингвинов и птиц. Места произрастания зеленых снежных водорослей находились поблизости от валежин слоновых тюленей, а также мест гнездования поморников и ламинарий.

Из всех наблюдаемых цветений водорослей 49% находились в пределах 100 метров от моря, а 60% - в пределах 5 километров от колонии пингвинов. Более того, средняя площадь и средняя концентрация клеток были выше в 30% случаев цветения, которые находились менее чем в километре от колонии пингвинов, по сравнению с участками за пределами этого радиуса. Это означает, что питательные вещества из экскрементов антарктической фауны влияют на скорость роста снежных водорослей.

А вот для красных водорослей виновником является необычное тепло, как отметили ученые украинской исследовательской станции. Они также поделились фотографиями красновато-оранжевого цветения.

Поглотитель углерода

Водоросли фотосинтезируют, поэтому такие крупные водорослевые обрастания в конечном итоге забирают значительное количество углерода из экосистемы. Таким образом, они действуют как краткосрочный поглотитель углерода (поскольку рост носит сезонный характер) и помогают в круговороте углерода в экосистеме.

Исходя из процентного содержания углерода в снежных водорослях, за вегетационный период они поглощают 479 тонн углерода. Если предположить, что лето — это 122-дневный сезон с 17 часами ежедневного периода фотосинтеза, то зеленые снежные водоросли имеют чистую положительную экосистемную продукцию.

Разумеется, этот поглотитель функционирует только до тех пор, пока зеленые снежные водоросли не погибнут или не будут съедены. После этого содержание углерода снова высвобождается в экосистему.

Больше о глобальном потеплении

Ученые опасаются, что такой глубокий рост водорослей может спровоцировать еще большее глобальное потепление, что приведет к таянию еще большего количества снега. Чтобы лучше понять это, мы должны учитывать, что белый снег отражает большую часть солнечного света, который на него падает.

Однако по мере того, как поверхность снега темнеет, он поглощает больше и отражает меньше солнечного света. Большее количество солнечного света означает большее количество тепла, удерживаемого на поверхности Земли. Это приведет к более быстрому потеплению окружающей среды, и с каждым днем будет таять все больше снега.

Необычные температуры, вызванные глобальным потеплением, являются причиной роста водорослей. А рост водорослей, в свою очередь, вызывает еще большее глобальное потепление. Нам нужно где-то нажать кнопку "стоп", чтобы мы все не утонули в быстро тающем льду.