Флора тундры «растет» из-за изменения климата, заявляют ученые

Флора тундры «растет» из-за изменения климата, заявляют ученые

  Международная группа климатологов проанализировала колебания размеров карликовых растений тундры Нового и Старого света за последние 30 лет и выяснила: флора тундры «растет» в высоту, а ее видовой состав сильно увеличился, что сигнализирует о значительном потеплении арктического лета из-за изменений климата.

Группа экологов под руководством Сары Элмендорф (Sarah Elmendorf) из университета Британской Колумбии в городе Ванкувер (Канада) полагает, что их открытие подчеркивает необходимость создания систем глобального наблюдения за тем, как процессы изменения климата отражаются на состоянии тундры и других уязвимых видов экосистем. Свои выводы ученые опубликовали в статье в журнале Nature Climate Change.

Элмендорф и ее коллеги, в том числе российский эколог Владимир Онипченко из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, проанализировали данные, собранные на 46 исследовательских станциях в приполярных регионах Аляски, Большого Канадского Архипелага, Исландии, Гренландии, острова Шпицберген и северного побережья Скандинавского полуострова в период с 1980 по 2010 годы.

В своей работе климатологи учитывали данные только с тех наблюдательных пунктов, где исследования флоры проводились, по крайней мере, дважды за этот период. Авторов статьи интересовал видовой состав флоры, а также некоторые ее свойства — например, средняя высота растений, площадь листьев, соотношение «зеленых» и пустых участков тундры. Изучив структуру экосистем, ученые сопоставили их изменения с колебаниями летних температур.

Оказалось, что общий рост летней температуры на 0,72 градуса Цельсия вызвал масштабные перестройки в экосистемах тундры. Во-первых, средний рост карликовых кустарников, многолетней травы и других типов цветковых растений заметно увеличился. Значительно расширилась распространенность некоторых видов кустарников, в особенности высоких и небольших растений. С другой стороны, распространенность вечнозеленых кустарников и кустарничков (dwarf shrub) несколько уменьшилась.

Ученые подчеркивают, что такие «реформы» ведут к дальнейшей перестройке тундры: разрастание кустарников приводит к ускорению таяния снега, и уменьшению его альбедо — отражающей способности. Это облегчает жизнь многим другим представителям арктической флоры — лишайникам и низкорослым травам, растущим под корнями кустарников.

Кроме того, аналогичные изменения были зафиксированы и среди других видов растительности — камышовых и незлаковых трав, а также подкустарников. Впрочем, изменение их положения в экосистеме тундры не было напрямую связано с изменениями климата — трансформации происходили как на участках тундры с потеплевшим летом, так и там, где средние температуры не изменились или даже понизились.

Как считают Элмендорф и ее коллеги, дальнейшие глобальные наблюдения за состоянием тундры помогут выделить факторы, влияющие на ее преображение и при этом не связанные с изменениями климата.

Источник: РИА Новости

Антарктида замерзала 37 миллионов лет, а сейчас покрывается злаками

Сейчас Антарктида — одно из мест на Земле, где потепление происходит особенно быстро. А до этого, на протяжении 37 миллионов лет, Антарктида охлаждалась. За этот период температура там не повышалась ни разу, и только последние 50 лет ученые наблюдают обратный процесс, когда самый холодный континент стал прогреваться.

Этот вывод сделала группа ученых под руководством доктора Джона Андерсона (John B. Anderson) из Университета Райса (Rice University) (Хьюстон, США) на основе спорово-пыльцевого анализа, подледного бурения и сейсмических измерений в районе Антарктического полуострова — северной оконечности Антарктиды.

История материка — медленное замерзание

Как говорит Андерсон, в самом начале своей истории Антарктида была достаточно теплым континентом — температура воздуха не опускалась ниже плюс 10 градусов. И только полностью отделившись от Гондваны, она начала охлаждаться. Почему это происходило, так до конца и не понятно. На этот счет существуют лишь гипотезы, вокруг которых ведутся ожесточенные споры. Большинство ученых связывают остывание Антарктиды с одновременным снижением уровня углекислого газа в атмосфере и ее изоляцией от суперконтинента.

Первые ледники появились в горах Антарктиды примерно 37­–34 млн. лет назад. Одновременно, по данным Андерсона, стало снижаться содержание углекислого газа в атмосфере — тогда оно достигло современных значений (390 ppm). И если сначала Антарктида отличалась мягким климатом, там преобладала пышная растительность, то в тот период большинство покрытосеменных растений исчезло. Следующие несколько десятков миллионов лет на континенте господствовали леса с березами и хвойными и простиралась тундра. Похолодание продолжалось, постепенно леса исчезли, а их место заняла тундра. Примерно 12 миллионов лет назад Антарктиду еще покрывали кустарнички, мхи и лишайники.

Дальнейшее падение концентрации углекислого газа в атмосфере, образование пролива Дрейка, окончательно отделившего Антарктиду от Южной Америки, и формирование Антарктического циркумполярного холодного течения привели к тому, что континент полностью сковали льды. «Позже всего лед появился на севере Антарктического полуострова — примерно 5–3 миллионов лет назад. Антарктический полуостров оказался подо льдом в самую последнюю очередь. Когда льды уже покрыли весь континент, там оставался кусочек тундры», — говорит Андерсон.

Современная Антарктида

Сейчас в Антарктике становится все теплее. Например, за последние 50 лет средняя зимняя температура на Антарктическом полуострове повысилась на 6 градусов — это в пять раз больше, чем в среднем по планете. Если раньше вокруг полуострова лед сохранялся круглый год, то сейчас летом он тает. Еще одно свидетельство потепления — летом побережье Антарктического полуострова освобождается ото льда, покрывается злаками и мхами, и тогда трудно поверить в то, что это Антарктида.

Статья доктора Антерсона и его коллег о том, как выглядела Антарктида на протяжении последних 37 миллионов лет, опубликована в последнем номере журнала PNAS.

Источник: INFOX

Антарктида покрылась плотоядным злаком

9 апреля 2011. Щучка дернистая, покрывающая летом побережье Антарктического полуострова и островов у берегов Антарктиды, усваивает азот особым способом. По мнению ученых, именно он позволит щучке занять в ближайшее время ведущие позиции в регионе.

Ученые из Британской антарктической службы и нескольких университетов под руководством доктора Пола Хилла (Paul W.Hill) из Университета Бангора обнаружили уникальный способ, с помощью которого сосудистое растение (щучка антарктическая, она же — дернистая) на одном из островов у берегов Антарктиды усваивает азот. Щучка не ждет, пока микроорганизмы преобразуют органику в минеральные компоненты (этот процесс происходит в этих широтах очень медленно). Она поглощают сразу белки — короткие пептиды. Всегда считалось, что это умеют делать только грибы и животные, а в растительном мире — мхи.

Уникальная способность позволила щучке захватить доминирующие позиции на острове Сайни (это один из Южных Оркнейских островов), где ученые проводили свои исследования, и практически вытеснить мхи.

Зеленая Антарктида

«Многие считают, что Антарктида всегда полностью покрыта снегом и льдом. Но летом на Антарктическом полуострове и островах, окружающих сам континент, снег тает, и там появляются растения — мхи и два вида сосудистых растений — Colobanthus quitensis (колобантус кито) и Deschampsia Antarctica (щучка антарктическая)», — говорит Пол Хилл.

По словам ученых, в течение последних 50-ти лет климат на побережье Антарктики теплеет быстрее, чем где-либо на Земле. Летние значения температуры повысились там примерно на один градус Цельсия, и летний период стал более продолжительным. Естественно, что на эти изменения сразу отреагировали растения.

Щучка антарктическая (Deschampsia Antarctica)

Обычно в прибрежных экосистемах острова Сайни доминировали мхи. Но в последние годы ученые наблюдают другую тенденцию: на ведущие позиции выходят злаки. Хотя мхи Sanionia uncinata все равно встречаются довольно часто и, как правило, именно они первыми заселяют новую территорию. По мере того как они погибают, формируется небольшой слой почвы. А уже там могут спокойно расти другие поселенцы. Правда, в этом случае возникает проблема — конкуренция за ресурсы: питательные вещества и свет, необходимый для фотосинтеза.

Конкурентную борьбу удалось выиграть щучке антарктической. Ее острые листья проникают в мох, так что им легко достается нужное количество света. С питательными веществами, правда, дело обстоит сложнее.

Новый способ усвоения азота

Растениям для жизни необходим азот. Но усваивать они способны только его неорганические соединения, например, аммиачные соли и соли азотной кислоты. А органический азот могут преобразовать в минеральные соединения только почвенные микроорганизмы. Некоторые растения для этого образуют с ними симбиоз. Правда, по словам Хилла, в Антарктиде растения этого не делают. Но сосудистые растения как-то с этой проблемой справились. Чтобы понять, как, доктор Хилл и его коллеги провели следующий эксперимент: они ввели в почву особые меченые формы органического азота и наблюдали, как растения их усваивают.

«Способность растений усваивать азот на самых первых стадиях минерализации — это ключ к успеху. В своих исследованиях мы показали, что в Антарктиде щучка антарктическая поглощает азот через свои корни в виде коротких пептидов. Это самая начальная стадия преобразования белков в почве. Таким способом эти растения усваивают азот в три раза быстрее, чем происходит усвоение аминокислот, нитратов или солей аммония. И в 160 раз быстрее, чем это делают мхи, с которыми этот злак конкурирует», — пишут авторы исследования. По их мнению, если температура в Антарктике будет повышаться еще больше, тогда и органика будет разлагаться быстрее. Это даст дополнительные преимущества щучке и, похоже, этот злак продолжит свою экспансию на побережье.

«Обнаруженный нами быстрый путь усвоения азота имеет значение не только для экосистем Антарктиды. Если, окажется, что растения в умеренных и тропических широтах могут действовать таким же способом, то это можно использовать для создания новых технологий в сельском хозяйстве», — говорит один из авторов исследования Кевин Ньюсэм (Kevin Newsham) из Британской антарктической службы.

Более подробно о том, как злаки конкурируют с мхами в Антарктике и усваивают азот, можно прочитать в статье «Vasclular plant success in a warming Antarctic may be due to efficient nitrogen acquisition», опубликованной в последнем номере журнала Nature Climate Change.

Источник: INFOX

На западе Антарктиды все изменилось

американское научно-исследовательское судно Laurence M. Gould в антарктических водах

Климат Антарктического полуострова попал в тройку рекордсменов по скорости изменения. У его берегов меняются все компоненты экосистем. Ученые пытаются понять, каким способом можно уследить за столь быстрыми процессами.

Ученые из нескольких американских университетов под руководством доктора Оскара Сколфилда (Oscar Scholfield) из Рутгерского университета на страницах журнала Science анализируют самые последние данные о состоянии экосистем Антарктического полуострова и пытаются понять, как лучше всего изучать эту часть Антарктиды.

Антарктический полуостров — горячая точка

Антарктический полуостров заслужил столь пристальное внимание со стороны ученых не случайно. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) в 2007 году выделила три места на нашей планете, где глобальное потепление происходит особенно быстро. В список кроме Антарктического полуострова вошел северо-запад Северной Америки и Среднесибирское плоскогорье.

«Антарктический полуостров – прекрасный объект, если вы хотите понять, как быстро меняющийся климат влияет на морские экосистемы. В других районах Антарктики глобальное потепление так ярко не проявляется. Например, в море Росса происходят обратные процессы. Впрочем, климатические модели предсказывают, что через сто лет лед начнет таять вдоль всего побережья Антарктиды», — говорит доктор Сколфилд.

По словам ученых, за последние 50 лет средняя зимняя температура на Антарктическом полуострове повысилась на 6°C — это в пять раз больше, чем в среднем по всей планете. Площадь 87% ледников сократилась. Если раньше вокруг полуострова лед сохранялся круглый год, то сейчас летом он тает.

Южный океан теплеет

«Причина сокращения ледникового покрова — потепление океана. Океанологи действительно фиксируют повышение температуры воды в приповерхностном слое у берегов полуострова. Большая часть тепла поступает туда из теплых и соленых глубинных вод циркумполярного антарктического течения. Эти воды поднимаются к поверхности в районе западного шельфа. Скорее всего, этот поток увеличился из-за того, что сильно выросла скорость ветров, дующих над Южным океаном», — считают ученые.

Фитопланктон мельчает

Изменения привели к самым неожиданным последствиям — уменьшились размеры водорослей. Из-за этого показатели продуктивности и общей фитомассы снизились. Это сразу же почувствовал на себе зоопланктон. По словам ученых, в самом сложном положении оказался криль Euphausia superb. Эти рачки, по непонятным пока причинам, не могут питаться фитопланктоном небольших размеров, а едят только крупные водоросли. А поскольку размеры водорослей сократились, то криль стал голодать. Постепенно его популяция стала уменьшаться. Тут же у криля появился конкурент Salpa thomsoni — животные подтипа оболочниковые. Они почти космополиты — обитают во всех океанах, кроме Северного Ледовитого. Сальпы очень необычны — их цилиндрическое тело покрыто прозрачной оболочкой (туникой), через которую видны ленты кольцевых мышц и кишечник.

Переселение пингвинов

«Фитопланктон и зоопланктон — самое начало пищевой цепочки. Если в этом звене происходят изменения, то они тянут за собой и изменения на других более высоких трофических уровнях. Меняется численность рыб, тюленей, китов, пингвинов», — говорит доктор Сколфилд.

С пингвинами действительно произошли изменения. За последние 30 лет на севере Антарктического полуострова популяция пингвинов Адели (Pygoscelis adeliae) сократилась на 90%. При этом выросла численность видов, которых там всегда было очень мало. Это антарктические пингвины (P. antarctica), которые впервые появились на полуострове в 1975 году, и пингвины P. papua, оказавшиеся на полуострове в 1994 году. Жизнь этих видов, в отличие от пингвинов Адели, строго не привязана к льду. В условиях, когда площадь льда сокращается, они чувствуют себя более уверенно, поэтому их популяции стали доминировать, объясняют ученые.

Как нужно изучать Антарктику

По словам исследователей, экспедиции в Антарктику дорогостоящие и часто слишком короткие, чтобы можно было детально изучить все процессы. «Приоритетом в изучении Антарктики должны стать процессы взаимодействия океана и атмосферы. Особенно важно проводить исследования в том месте у берегов Антарктического полуострова, где теплые глубинные воды антарктического циркумполярного течения поднимаются к поверхности. В перспективе нужно увеличить количество автономных буев, которые фиксируют многие параметры атмосферы и океана. Возможно и использование небольших автоматических лодок, которые будут проводить мониторинг по заданным маршрутам», — считают ученые.

Источник: INFOX