Международная группа ученых из более чем 100 организаций три десятилетия наблюдала за температурой, влажностью и растениями в тундрах по всему миру и выяснила, что за это время там стало заметно теплее, а сами растения из-за этого стали выше. Исследование об этом опубликовано в журнале Nature.
Арктика и арктические экосистемы считаются наиболее уязвимыми для глобального изменения климата, в том числе поскольку средняя температура в регионе растет быстрее, чем в среднем на планете. При этом, по подсчетам экологов, в слое вечной мерзлоты содержится около 50 процентов всего почвенного углерода — его высвобождение из-за потепления, в свою очередь, еще больше усилит рост температур. Поэтому состояние тундровых экосистем во всем мире, по которым можно судить о происходящих там процессах, привлекает внимание ученых. В последнее время Арктика «зеленеет»: видовой состав растений в тундре меняется по мере того, как на север продвигаются виды из более южных регионов, и растительности становится больше.
Международный коллектив из 130 ботаников и экологов собирал данные о температуре, влажности почвы и семи функциональных признаках растений со 117 экспериментальных площадок, расположенных в тундровых сообществах по всему миру — на Аляске, в Канаде, Исландии, скандинавских странах и в России. Один из участников коллаборации, заведующий кафедрой геоботаники биологического факультета МГУ Владимир Онипченко, работал с тундровыми экосистемами высокогорий Северо-Западного Кавказа.
Признаки, которые изучали ученые — отношение площади листа к его сухой массе, содержание азота в тканях, отношение сухой массы листа к влажной, площадь листа, высота растения, «древесность» (доля деревьев и кустарников в экосистеме) и «вечнозеленость» (продолжительность жизни листьев). Первые три влияют на скорость круговорота веществ в экосистеме, а остальные — на перераспределение тепла и влаги, а также на альбедо (отражающую способность поверхности). Кроме того, площадь листьев и высота растений отражают надземные запасы углерода в экосистеме.
За 30 лет наблюдений температура на большей части площадок росла в среднем на 0,09 градуса Цельсия в год. Влажность в этот период также в основном увеличивалась. Среди признаков растений существеннее всего изменилась высота: на всех 117 точках тундра в среднем «вытянулась» на восемь сантиметров, причем это обусловлено как увеличением высоты местных растений, так и появлением новых видов из приграничных экосистем.
Как отмечается в статье, высота растений напрямую влияет на углеродный баланс: например, более высокие растения задерживают больше снега и «теплоизолируют» почву, увеличивая зимние температуры и ускоряя протаивание мерзлоты. С другой стороны, увеличиваясь в высоту, деревья и кустарники накапливают больше углерода, а тень от них может снижать летнюю температуру почвы. Если существующая тенденция сохранится, к концу века средняя высота растений в тундре увеличится на 20-60 процентов, говорится в статье.
Кроме того, ученые выяснили, что с ростом температуры содержание влаги в листьях тундровых растений увеличивается, как и отношение площади листа к его сухой массе. «Древесность» по мере роста температуры снижалась, а соотношение вечнозеленых и листопадных деревьев и кустарников, напротив, росло, особенно там, где влаги было мало. Влажность определяла взаимоотношение между некоторыми другими параметрами и температурой: по мере потепления площадь листа и содержание азота в его тканях уменьшались в сухих районах и увеличивались во влажных. Эти тренды, однако, не были значимыми для сообществ в целом.
«Наше исследование уникально своей масштабностью: никто прежде на столь обширной географии и столь длительном периоде времени не анализировал связь между признаками растений и климатическими параметрами. Для нас было весьма удивительным выяснить, что больше всего повышение температуры сказывается на высоте растений. Полученные результаты дают широкое представление о процессах, происходящих в тундровых экосистемах в контексте глобального потепления, и позволяют уточнить ныне существующие экологические модели», — сказал Онипченко, которого цитирует пресс-служба МГУ.
Потепление в Арктике влияет не только на экосистемы и вечную мерзлоту: недавно международная группа ученых сообщила, что ледник купола Вавилова на Северной Земле в российской Арктике с 2015 года ускорился в несколько десятков раз, до 25 метров в день, за год потеряв 4,5 кубических километра льда.
Ольга Добровидова
Виной всему масштабное и преждевременное таяние морского льда
Четыре из пяти колоний императорских пингвинов в центральной и восточной части моря Беллинсгаузена не смогли вывести птенцов в 2022 году. Виной всему масштабное таяние льда, которое началось до того, как молодые особи успели опериться. В результате несколько тысяч птенцов пингвинов, скорее всего, утонули, а их родители покинули колонии. Как отмечается в статье для журнала Communications Earth & Environment, ученые впервые сталкиваются с провалом размножения у императорских пингвинов в пределах целого региона. Однако в будущем из-за антропогенных изменений климата такое будет происходить все чаще, что ставит будущее вида под угрозу. Императорские пингвины (Aptenodytes forsteri) выводят потомство в колониях, расположенных на морском льду вокруг Антарктиды. Они прибывают к местам размножения с конца марта по апрель, а в мае-июне откладывают яйца, из которых спустя два месяца вылупляются птенцы. Пингвинята растут медленно и оперяются только в декабре-январе. Таким образом, чтобы успешно вырастить птенцов, императорским пингвинам необходим стабильный ледовый покров с апреля по январь. Однако, по прогнозам ученых, из-за антропогенных изменений климата площадь льдов вокруг Антарктиды к концу века сильно сократится. В результате более девяноста процентов колоний императорских пингвинов лишатся подходящих мест для размножения, перестанут поддерживать свою численность и исчезнут. Команда орнитологов под руководством Питера Фретуэлла (Peter T. Fretwell) из Британской антарктической службы обнаружила, что по крайней мере в одном регионе Антарктиды императорские пингвины уже в наши дни испытывают серьезные проблемы из-за потери морского льда. Речь о море Беллинсгаузена, которое лежит к западу от Антарктического полуострова. В его центральной и восточной части расположены пять колоний императорских пингвинов, самая большая из которых насчитывает около 3500 пар, а самая маленькая — около 630 пар. Все они были открыты в течение последних 14 лет благодаря изучению спутниковых снимков — и лишь одну из них посещали ученые. В конце 2022 года, когда площадь ледового покрова вокруг Антарктиды находилась на рекордно низком уровне, некоторые части моря Беллинсгаузена начали оттаивать неожиданно рано и уже к ноябрю полностью очистились ото льда. Чтобы понять, как это сказалось на птенцах пингвинов, которые в это время года как раз переходят к самостоятельной жизни, Фретуэлл и его соавторы обратились к спутниковым снимкам всех пяти местных колоний. Исследователи искали на них коричневые пятна, соответствующие пингвиньему помету — по их площади можно судить о численности и успехе размножения колонии. В результате выяснилось, что из-за раннего исчезновения морского льда императорским пингвинам из большинства колоний в море Беллинсгаузена не удалось вывести потомство в 2022 году. Вероятно, птенцы в этих колониях не успели обзавестись водонепроницаемым оперением до того, как лед растаял, в результате чего утонули или умерли от переохлаждения, а их родители просто покинули колонии. Авторы оценивают потери в несколько тысяч молодых особей. В частности, вокруг колонии у острова Смайли, состоящей из примерно 3500 пар, припай разрушился на две недели раньше срока. Из-за этого часть местных пингвинов перебрались на большой айсберг, однако удалось ли выжить кому-то из птенцов, неизвестно. Колонию в заливе Верди осенью прибыло меньше особей, чем обычно — и даже они покинули ее после разрушения морского льда в конце октября — начале ноября. Колония Пфрогнер-Поинт, которая находилась на шельфовом леднике, также исчезла в начале ноября. А месяцем позже похожая судьба постигла колонию Брайант-Кост — после таяния многолетнего припая, на котором она располагалась. Исключение составила лишь небольшая колония у острова Ротшильда. Вокруг него ледовый припай начал разрушаться лишь в конце декабря, благодаря чему около 800 птенцов успели подрасти и опериться (эта цифра была получена во время облета колонии на вертолетах круизного лайнера). Судя по всему, таяние льда около острова Ротшильда замедлилось благодаря особенностям ландшафта и наличию айсбергов вокруг него. Фретуэлл и его соавторы отмечают, что отдельные колонии императорских пингвинов время от времени терпят неудачи, когда морской лед рушится под воздействием сильных штормов. Однако исследователи этого вида никогда не сталкивались с полным провалом размножения у большинства колоний в целом регионе. Более того, до сих пор в море Беллинсгаузена был известен всего один пример, когда колония не смогла вывести ни одного птенца за сезон. В теории императорские пингвины после неудачного года могли бы переместить колонию туда, где ледовые условия более надежны. Однако в море Беллинсгаузена таких мест почти нет. Экстремально низкая площадь антарктического льда в 2022-2023 годах не обязательно напрямую связана с антропогенными изменениями климата (поскольку она сильно колеблется от года к году). Возможно, эта аномалия лучше объясняется тремя подряд годами Ла-Ниньи. Тем не менее, по прогнозам климатологов, по мере того, как планета нагревается, площадь льда вокруг Антарктиды будет сокращаться. А значит, императорские пингвины все чаще будут испытывать серьезные проблемы с размножением, что поставит существование этого вида под угрозу. Магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые обитают на побережьях Южной Америки, тоже страдают от антропогенных изменений климата. Однако для них проблемой стало не отсутствие льда (его в местах их обитания никогда не бывает), а участившиеся волны жары, которые убивают взрослых особей в период размножения. По расчетам зоологов, из-за все более жаркой погоды крупнейшая колония магеллановых пингвинов, расположенная на атлантическом побережье Аргентины, исчезнет в течение ближайших пятидесяти лет.