Спутниковое исследование феномена цветений E. huxleyi в Баренцевом, Норвежском и Гренландском морях в 2003 - 2021 г.г.: Временная динамика ареала цветений, продукции неорганического углерода и парциального давления СО2 в поверхностных водах

Антропогенно вызванное увеличение содержания углекислого газа (CO2) в атмосфере преимущественно определяет наблюдаемое глобальное потепление. В то же время эффективность Мирового океана, основного резервуара поглотителя атмосферного CO2, постепенно уменьшается, поскольку реакция растворения CO2 постепенно движется к насыщению. При продолжающемся потеплении поверхности океана происходит смещение динамического равновесия между диссоциированной и взвешенной формами кальцита, CaCO3. Это, в свою очередь, запускает процесс трансформации биотической системы в океане по цепи биогеохимических реакций (Gsattuso et al., 2014).
В сообществе морского фитопланктона кокколитофоры являются основными кальцификаторами, т.е. производителями взвешенного CaCO3. В этой группе микроводорослей в пелагических водах наиболее распространенным и эффективным производителем CaCO3 является Emiliania huxleyi (Thierstein et al., 2004).
Более того, часть молекул CO2, высвобождающихся в реакции кальцификации (Pozdnyakov et al., 2021), используется клеткой E. huxleyi для фотосинтеза, что снижает потребность клетки в CO2, растворенном в воде, и, таким образом, повышает парциальное давление, pCO2, в поверхностных водах в зоне цветения. В результате поток атмосферного CO2 в зону цветения должен уменьшиться. Таким образом, способность E. huxleyi производить взвешенный неорганический углерод, PIC, и повышать pCO2 обуславливает значительную роль этой микроводросли в качестве климатологического фактора, а также фактора, влияющего на функционирование углеродного цикла в морской среде. По этой причине изучение возникновения цветения E. huxleyi, его пространственной протяженности и интенсивности в водах Мирового океана имеет важное значение.
Как правило, пространственные масштабы цветения E. huxleyi и их временная изменчивость (Kondrik et al., 2017) обычно очень значительны, что обуславливает необходимость использования наблюдений дистанционного зондирования наряду с судовыми исследованиями.
На основе использования космических данных о цвете океана многие наблюдения за E. huxleyi с помощью дистанционного зондирования были направлены на выявление цветения этих водорослей в некоторых ограниченных районах Мирового океана ( Brown et al.,1994; Smyth et al., 2004; Burenkov et al., 2011; Iglesias-Rodriguez et al., 2002; Moore et al., 2012). Несколько меньше публикаций было посвящено количественной оценке как масштабов цветения, так и концентрации PIC (Sadeghi et al., 2012; Balch et al., 2014). В публикации Kondrik et al. (2017) сообщается о 16-летнем (1998-2013 гг.) ряде данных, о протяженности ареала цветения E. huxleyi, S и обусловленной ею продукции PIC, в ряде субполярных и полярных морей.
В настоящем исследовании на основе спутниковых данных и алгоритма, разработанного Kondrik et al. (2017, 2018) проведен анализ цветения E. huxleyi: количественная оценка продукции взвешенного неорганического углерода (PIC) и увеличения парциального давления CO2 (ΔpCO2) в поверхностных водах. Временные ряды этих переменных были получены для Норвежского, Гренландского и Баренцева морей за 18- летний период (2003-2021 г.г.).
Такой выбор морей продиктован ранее полученными рядами данных 1998-2013 гг.. Они показывают, что цветение E. huxleyi наиболее обширно и интенсивно в районах указанных выше морей по сравнению с другими районами Северной Атлантики и Арктики (Pozdnyakov et al., 2017). Поэтому представляло интерес, расширить временной интервал наблюдений, приблизив его к настоящему времени, чтобы изучить современные особенности в динамике явления цветения E. huxleyi.
В результате исследования получилось, что площади цветения в североатлантических и арктических водах наименьшие в Гренландском море - от 10×103 км2 до (20 - 40)×103 км2. В Норвежском и Баренцевом морях они достигают в некоторые годы (60 - 80)×103 км2 и (500 – 600)×103 км2, соответственно.
Общее содержание PIC в цветении E. huxleyi редко превышает 12-14 килотонн и 40 килотонн в Гренландском и Норвежском морях, соответственно. В Баренцевом море в некоторые годы оно может достигать 550 килотонн.
Наибольшее увеличение pCO2 (ΔpCO2) во время цветения E. huxleyi в поверхностных водах Баренцева моря составило ~350 мкатм. В Норвежском море pCO2 (ΔpCO2) в поверхностных водах в пределах цветения E. huxleyi также было близко к 350 мкатм, но чаще составляло около 250 мкатм. В Гренландском море было только четыре года относительно повышенного pCO2 (ΔpCO2) [до 250 мкатм], в остальное время он оставался ниже уровня уверенного определения нашим методом.
Поскольку цветения E. huxleyi обычно очень обширны, происходят в различных регионах Мирового океана (и, следовательно, происходят круглый год), это явление потенциально может как снизить до некоторой степени роль Мирового океана как поглотителя атмосферного CO2, так и повлиять на карбонатный насос.

Работа выполнена при финансовой поддержке Санкт-Петербургского государственного университета проект # 93016972.