Арктика выходит из тени: в ледяной глубине заработал процесс, которого не должно было быть

Под толщей арктического льда происходит процесс, который меняет представление ученых о работе полярных экосистем. Незаметные микробы, долгое время считавшиеся неспособными к активной жизни в ледяной среде, начинают фиксировать атмосферный азот и влиять на глобальный круговорот углерода. Эти данные, полученные международными научными группами в ходе полевых экспедиций, заставляют пересматривать полярную экологию и прогнозы климатических изменений. Об этом сообщает science-et-vie.

Фото: Designed by Freepik by freepik is licensed under publik domain

Ледник

Новая жизнь подо льдом: что происходит в Северном Ледовитом океане

Температурные изменения в Арктике, а также сокращение сезонного ледового покрова раскрывают микроскопические экосистемы, ранее считавшиеся недоступными для полноценной активности. В условиях увеличивающейся освещенности и поступления органических веществ начинают развиваться диазотрофы — микроорганизмы, способные преобразовывать атмосферный азот в аммоний. Этот элемент служит важным источником питательных веществ для фитопланктона, который формирует основу пищевых цепей.

Экспедиции, проведенные с участием исследовательских судов Polarstern и Oden, зафиксировали стабильную активность фиксации азота даже под многолетним льдом. Команда Лизы фон Фризен показала, что нецианобактериальные бактерии способны существовать в темных и холодных водах Евразийского бассейна. Наблюдения подтвердили, что жизнь в этих регионах более разнообразна, чем предполагалось ранее.

Открытие перекликается с данными работы, опубликованной в научном журнале, где сообщалось о богатом микробном разнообразии в Северном Ледовитом океане. Фиксация азота была названа недостающим элементом моделей полярной продуктивности, что ставит под сомнение прежние климатические расчеты.

"Фиксация азота в холодных водах Арктики — это значимый процесс, который ранее недооценивался", — говорится в научных материалах по полярной микробиологии.

Азот как двигатель арктического углеродного цикла

Связанное с изменениями климата отступление льдов создает условия для расширения зон биологической активности. Согласно данным исследования, опубликованного в Communications Earth & Environment, фиксация азота наблюдается от областей тающего льда до моря Ванделя, достигая уровней, сравнимых с умеренными широтами. Значения до 5,3 наномоля азота на литр в сутки говорят о высоких темпах работы микробных сообществ.

Эта активность напрямую поддерживает рост водорослей, которые участвуют в создании "углеродного поглотителя" — природного механизма, задерживающего углекислый газ в толще океана. Увеличение биомассы способствует росту планктонных рачков, мелких рыб и морских птиц. Формируется устойчивый каскад, охватывающий всю пищевую сеть.

Однако такая динамика уязвима. Быстрое таяние льдов изменяет структуру водных масс и концентрацию питательных веществ. Ученые отмечают, что увеличение растворенной органики стимулирует одни виды бактерий и подавляет другие, нарушая существующий баланс.

Французские исследования подчеркивают, что арктическая фиксация азота является частью сложного углеродного механизма, мало изученного в текущих климатических моделях. Ее влияние на глубинное захоронение углерода может оказаться значимым.

Почему научным моделям требуется пересмотр

Новейшие данные показывают, что вклад Арктики в глобальный углеродный цикл недооценивался. Научные прогнозы продуктивности Севера строились на предположении об отсутствии значимой фиксации азота. Теперь же картина меняется: активный азотный цикл способен усиливать поглощение углекислого газа, формируя мощный природный регулятор климата.

Лассе Риманн, автор нескольких работ по арктической микробиологии, подчеркивает важность включения новых данных в климатические модели.

"Фиксация арктического азота должна быть учтена при прогнозах продуктивности океана и оценке углеродного поглощения", — отмечается в научном анализе.

По мере сокращения льда ожидается расширение микробных сообществ. Это означает, что роль азотфиксирующих организмов в регулировании углерода будет возрастать.

Сравнение: арктическая и тропическая фиксация азота

Арктика долго считалась "холодной пустыней", тогда как фиксация азота ассоциировалась исключительно с теплыми водами. Сравнение показывает:

• тропическая фиксация стабильно высока и поддерживается богатым солнечным освещением;
• арктическая фиксация зависит от таяния льдов и сезонных колебаний света;
• в Арктике активны нецианобактериальные формы, независящие от интенсивного фотосинтеза;
• вклад арктических микробов в углеродный цикл недооценивался из-за сложности наблюдений.

Таким образом, механизмы работы двух зон различаются, но обе играют ключевую роль в глобальном биогеохимическом цикле.

Плюсы и минусы активизации азотфиксации в Арктике

Активизация микробов приносит как преимущества, так и риски.

С положительной стороны:

• усиливается природный углеродный поглотитель;
• растет продуктивность пищевых цепей;
• улучшается биоразнообразие северных вод.

С рисками связаны изменения структуры океана:

• таяние льда может разрушить стабильность среды обитания;
• чрезмерная продуктивность может менять режим оседания углерода;
• изменение химии воды влияет на экосистемы верхних слоев.

Эти процессы требуют наблюдения и обновления климатических моделей.

Советы исследователям: что важно учитывать при работе в Арктике

1. Проводить длительные многолетние замеры, чтобы отслеживать сезонные тенденции.

2. Использовать комплексные методы анализа — химические, биологические и гидрологические.

3. Сопоставлять данные с динамикой таяния морских льдов.

4. Оценивать влияние продуктивности на пищевые цепи и углеродные потоки.

5. Учитывать возможные изменения океанической циркуляции.

Популярные вопросы об арктической фиксации азота

Почему фиксацию азота в Арктике раньше не замечали?
Низкая освещенность и толщина льда мешали сбору данных, а микробные формы оказались более гибкими, чем считалось.

Как это влияет на климат?
Фиксация азота усиливает рост водорослей, увеличивая поглощение углекислого газа океаном.

Может ли это замедлить глобальное потепление?
Это один из факторов, влияющих на климат, но он не способен полностью компенсировать антропогенные выбросы.