12.3 Арктичні екосистеми

Вище представлена карта Арктичного регіону, створена географами Державного департаменту США під головуванням Арктичної ради. (Вікіпедія)

Введення в Арктику

Далі на північ, ніж будь-який інший океан, середні температури в Арктичному регіоні коливаються від -40˚C до 10˚C і можуть опускатися до -50˚C (-58˚F) в найхолодніші зими. Північний Льодовитий океан виступає в якості основного водойми за Полярним колом. Той факт, що Північний Льодовитий океан значною мірою покритий льодом і відносно ізольований від більшості інших океанів, робить цей океан неймовірно унікальним.

Організми в Арктиці повинні справлятися з найсуворішими умовами Землі, з точки зору світла та температури. Арктика не бракує в страшних айсбергах і снігошапках, замерзаючих хуртовин і вітрів, і чистої темряви під час холодних зим. Тим не менш, цей океан кишить життям і є домом для одного з найбільш недоступних, красивих середовищ на Землі.

Вище показаний білий ведмідь, гіпер м'ясоїдний ведмідь, іменований інуїтами як нанук. (Вікіпедія)

Одним з топових хижаків в Арктиці є відомий білий ведмідь, який бродить по арктичним льодам і плаває арктичними морями. Ці хижаки харчуються безліччю різних організмів, включаючи риб, птахів, тюленів, моржів і навіть певних видів китів. Інші тварини включали б Бовхед кит, білухи, моржі, нарвали, тюлені арфи, бородаті тюлені, желе з левової гриви, кілька видів риб та криль. Основними джерелами первинної продуктивності в Північному Льодовитому океані є фітопланктон, водорості, діатомові водорості.

Життя рослин в Арктиці

Уявляючи Арктику, більшість зображують кілометри крижаної та засніженої землі з маленьким життям навколо. Однак у цьому замороженому середовищі мешкає понад тисяча видів рослин. Оскільки арктичний грунт в основному вічна мерзлота, єдині рослини, які можуть рости тут, - це невеликі, короткокорінені види. Вічна мерзлота характеризується як тонкий, постійно замерзлий шар грунту, що містить розклалися речовини. Ці умови дозволяють лише рослинам, розташованим низько до землі та пристосованим до суворих умов заморозки, рости та розмножуватися. Чудо, що рослинне життя збереглося і процвітало в Арктиці, включаючи такі види, як арктична верба та арктичний мак. Арктичний мак - захоплююча рослина, оскільки вона розробила пристосування для того, щоб вижити в арктичному середовищі, маючи голову своєї квітки завжди повернуту до сонця (Fries-Gaither 2009). Більшість інших видів рослин, що мешкають в арктичній тундрі, - це низькорослі чагарники, трави та деякі квітучі рослини. З потеплінням температури океану та надзвичайним таненням полярних крижаних шапок, що відбуваються в Арктиці, ці види рослин будуть піддаватися ризику, оскільки доступність середовища проживання стає все менше, а клімат продовжує швидко змінюватися.

Арктичні маки цвітуть на острові Батерст, який є частиною Канадського арктичного архіпелагу (Вікіпедія).

Арктика та зміна клімату

Якою б чудовою не була ця екосистема, глобальне потепління постійно змінює навколишнє середовище і загрожує стабільності океанського життя в Арктиці, ставлячи її на тонкий лід. Коли полярні крижані шапки тануть, харчова павутина починає змінюватися, і в результаті змінюються схеми годування та міграції багатьох видів. Деякі морські види стають під загрозою зникнення (тобто моржі та кити), і більшість організмів повільно змінюються та відновлюються після збоїв або пошкоджень.

Танення арктичного морського льоду лише посилюється впливом альбедо, оскільки покрив морської води збільшується на площі поверхні. Альбедо - це вимірювання, яке кількісно визначає здатність речовини відображати сонячну енергію. Морський лід має більш високе альбедо і здатний краще відбивати сонячне світло, ніж морська вода. Оскільки лід продовжує танути, загальний альбедо нижчий і менше сонячного світла відбивається, що призводить до підвищення температури, а лід швидше тане. Це створює позитивний контур зворотного зв'язку, що призводить до експоненціального збільшення танення льоду. Цей зворотний зв'язок шкідливий, особливо тому, що він триває повз початкового порушення, а температура, за прогнозами, тільки збільшуватиметься. Ось коротке графічне відео, щоб уявити, як працює альбедо: https://www.youtube.com/watch?v=P7r5AKYte00

Існує кілька способів, якими танення морського льоду може вплинути на організми, що живуть там. Наприклад, білі ведмеді покладаються на морський лід, щоб полювати, подорожувати та народжувати своїх дитинчат. Якщо присутній менше морського льоду, білі ведмеді не можуть так ефективно полювати і втрачають цінні запаси жиру, що призводить до зниження репродуктивного успіху. Багато морських птахів також сильно покладаються на лід, використовуючи отвори та поверхню для полювання та збирання здобичі. Крім того, вони використовують скелясті виступи для гніздування та розмноження. Менші організми, такі як водорості, також можуть бути уражені. Водорості, які залежать від льоду як середовища існування, вимирають, коли лід більше не є постійним. Загалом, морський лід є неоціненним, використовується людьми та тваринами як для полювання, розведення та подорожей; втрата морського льоду буде руйнівним для всіх видів, що живуть там, і може загрожувати багатьом з них.

Арктичні крижані мінімальні межі показані вище. Верхнє зображення - з 2012 року, тоді як нижнє зображення - з 1984 року. (Вікіпедія)

Екологічне значення морського льоду

Як описано вище, Північний Льодовитий океан є домом для багатьох видів водоростей, мікробів і тварин. Нам все ще не вистачає повного розуміння того, як функціонують арктичні екосистеми через кінцівки навколишнього середовища та обмежену доступність.

Важливим аспектом арктичної екосистеми є морський лід. Морський лід охоплює близько 7 000 000 км ^ 2 арктичної поверхні протягом літа, що подвоюється взимку. Арктика - одне з єдиних місць з льодом цілий рік, і тому з часом багато організмів стали спеціалізуватися на проживанні в морському льоду або з нього. Деякі з цих організмів включають бактерії, діатомові водорості (водорості), нематоди, копепод, амфіподи, пелагічні ракоподібні та арктична тріска. Вони живуть в порах і щілині між морським льодом. Діатомові водорості (водорості) вважають одним з найважливіших первинних виробників в Арктиці. Вони будуть постійно рости, починаючи з весни і протягом літа, коли сонячне світло легко доступний для фотосинтезу. Це цвітіння водоростей дозволить іншим видам харчуватися, включаючи протестів (одноклітинні організми) та зоопланктон. Вироблені водорості будуть прилипати до льоду, який забезпечує ресурси для інших організмів, але також опуститься до організмів, що живлять дно, в товщі води та на морському дні.

Ці первинні виробники живлять життя в Арктиці. З кожним роком, коли тане морський лід, у воду вводиться більше поживних речовин і відбувається більше перемішування води через збільшену площу поверхні відкритої води, щоб вітер змістив поверхневі води. У прибережних зонах Арктики це призводить до збільшення апвелінгу (Arrigo, Dijken, & Pabi, 2008). В результаті деякі спільноти відчувають підвищену фотосинтетичну активність. У короткостроковій перспективі це може забезпечити більше енергії в систему і вгору харчового ланцюга. Згодом це збільшення кількості поживних речовин може вплинути на часовий проміжок первинної продуктивності. Фітопланктон, в свою чергу, може почати цвісти і знижуватися раніше в році. Популяції пасовищ, які протягом багатьох років адаптувалися до цього циклу, досягнуть зрілого віку для годування, як тільки популяція фітопланктону почне скорочуватися (Post et al., 2013). Тоді багато трав'ян матимуть життєві цикли, які можуть не збігатися з циклом планктону; вони не існували б в одному і тому ж місці одночасно. Це призведе до нестабільних популяцій пасовищ і, крім того, призведе до трофічного каскаду спочатку зниження популяцій організмів, що безпосередньо харчуються фітопланктоном: арктичної тріски та іншого меншого зоопланктону. Ці популяції постраждали б, і в результаті великі хижаки не мали б стабільного джерела їжі. Великі організми, такі як косатки та тюлені, на жаль, зменшаться.

В іншому дослідженні було зроблено висновок, що танення льоду в поєднанні з наслідками стікання прісної води в Арктику призвело до освіження прибережних вод. Це освіження води сприяє меншому фітопланктону замість більших діатомових водоростей (Li, McLaughlin, Lovejoy, & Carmack, 2009). Енергія від меншого планктону повинна проходити через більш трофічні рівні, щоб підтримувати великий організм, такий як арктична тріска. Це зменшило кількість енергії, яка фактично передається (див. розділ «Передача енергії» в 11.4 для отримання додаткової інформації). Чим менше організмів (трофічних рівнів) між первинним виробником і верхівковим хижаком, тим ефективніше харчовий ланцюг. Системи, що переважають у пікопланктоні, дають менш ефективні кормові мережі і можуть призвести до нестійких екосистем для великих хижаків, таких як косатки та білі ведмеді.

Арктична тріска, Boreogadus saida, є ключовим видом арктичного середовища. Він прийняв тісний зв'язок з морським льодом, використовуючи його як укриття від хижаків, як середовище проживання годування та місце для нересту. Як обговорювалося раніше, арктична тріска харчується організмами в морському льоду, такими як планктон та пелагічні ракоподібні, які є рясними і мають широке поширення по всій Арктиці. Цей достаток є ключовим для виживання більшої частини арктичного харчового ланцюга, оскільки вони є основним ресурсом для інших риб, морських птахів, тюленів та китів. Танення арктичного морського льоду не тільки вплине на їх фізичне середовище існування, але й зменшить їх кількість їжі, що в цілому матиме руйнівні наслідки для екосистеми в цілому.

Більше ресурсів:

Північний Льодовитий | Дослідження океанів: https://www.youtube.com/watch?v=umAeFKF2uxA

Посилання

1. Арріго, К.Р., Дейкен, Г. ван, і Пабі, С. (2008). Вплив скорочуваного арктичного льодового покриву на морське первинне виробництво. Листи геофізичних досліджень, 35 (19). doi.org/10.10.29/2008 ГЛ 035028

2. Лі, В.К., Маклафлін, Ф.А., Лавджой, К., & Кармак, Е.К. (2009). Найменші водорості процвітають, оскільки Північний Льодовитий океан освіжає Наука, 326 (5952), 539—539. https://doi.org/10.1126/science.1179798

3. Пост, Е., Бхатт, У. с., Біц, К.М., Броді, Дж. Ф., Фултон, Т. Л., Хебблвайт, М.,... Уокер, Д. Екологічні наслідки занепаду морського льоду. Наука, 341 (6145), 519—524. https://doi.org/10.1126/science.1235225

4. Рольф Градінгер. «Морський лід». Біорізноманіття Північного Льодовитого океану, 4 січня 2008 р., www.arcodiv.org/Seaice/Arctic_Cod/Boreogadus_saida.html.

5. Томас, Д., Дікманн, Г. (2003) Морський лід. Вступ до його фізики, хімії, біології та геології. Блеквелл.

6. Марз Стейсі. «Арктичні морські крижані екосистеми». Тенденції біорізноманіття Арктики 2010, abt2010.arcticbiodiversity.is/index.php/ru/ecosystems/арктико-морські-льодові еко

7. https://www.greenfacts.org/en/arctic-climate-change/l-2/5-arctic-animals.htm

8. https://climatetippingpoints.info/2016/10/21/arctic-sea-ice-and-positive-feedback-loops/

9. http://polardiscovery.whoi.edu/arctic/ecosystem.html

10. https://beyondpenguins.ehe.osu.edu/issue/polar-plants/plants-of-the-arctic-and-antarctic

11. https://www.youtube.com/watch?v=umAeFKF2uxA

12. https://nsidc.org/cryosphere/seaice/processes/albedo.html