Восстановление озонового слоя неожиданным образом меняет жизнь в Антарктиде

Фото из открытых источников

Восстановление озонового слоя снижает уровень ультрафиолетового излучения в Антарктиде, но новые исследования показывают, что это изменение может неожиданным образом ослабить поглощение углерода тундрой. Результаты исследования опубликованы в журнале Atmospheric and Oceanic Science Letters.

Восстановление озонового слоя Антарктиды можно считать одним из подлинных примеров успеха в области охраны окружающей среды за последние полвека, прямым результатом Монреальского протокола. 

По мере восстановления озонового слоя ожидается, что на поверхность Антарктиды будет поступать меньше ультрафиолетового излучения. В целом это рассматривалось как хорошая новость для жизни в этом регионе. Однако новое полевое исследование предполагает, что экологические последствия гораздо сложнее.

Исследование проводилось Институтом физики атмосферы Китайской академии наук в сотрудничестве с Китайским университетом науки и технологий и другими учреждениями. 

Ученые обнаружили, что по мере снижения уровня ультрафиолетового излучения способность антарктической тундры поглощать углекислый газ может значительно ослабевать, что прямо противоречит предположению о том, что меньшее воздействие УФ-излучения означает просто более здоровые экосистемы.

Вместо того чтобы полагаться на модели, команда провела эксперименты непосредственно на острове Ардли в Западной Антарктиде.

Работа охватывала три вегетационных сезона австралийского лета в период с 2011 по 2015 год на одном участке, а также четвертый сезон на соседнем участке.

Они работали с двумя контрастными участками тундры: западной низменной тундрой, практически не затронутой морскими животными, и восточной низменной тундрой, насыщенной органическими веществами, поступающими от большой колонии гнездящихся пингвинов.

Используя прозрачные камеры из плексигласа, оснащенные тонкими полиэфирными фильтрующими мембранами, исследователи смоделировали два уровня снижения УФ-излучения – примерно на 20 и 50 процентов. 

Одновременно с этим они тщательно разделили чистый экосистемный обмен, валовой фотосинтез и дыхание, используя парные измерения в световой и темной камерах. 

Фильтры были откалиброваны таким образом, чтобы отсекать именно УФ-А и УФ-В излучение, не влияя при этом на температуру в камере, влажность почвы или другие химические свойства почвы. 

Это помогло изолировать эффекты снижения УФ-излучения от других изменений, вызванных экспериментальной установкой. Результаты было трудно игнорировать. Сокращение ультрафиолетового излучения на 20 процентов ослабило поглощение углерода тундрой примерно вдвое, а сокращение на 50 процентов — примерно на 80 процентов. 

При самом значительном сокращении валовой фотосинтез, то есть процесс фактического поглощения углерода растениями, снизился в среднем на 57 процентов. 

На самых экстремальных участках эксперимента тундра не просто стала менее эффективным поглотителем. В конце вегетационного периода 2015 года растение ненадолго превратилось в активный источник углерода, выделяя до 145 миллиграммов CO2 на квадратный метр в час.

Что делает это исследование по-настоящему интересным, так это то, что два типа тундры ослабли практически по противоположным причинам. Влияние пингвинов стало ключевым отличием между двумя исследуемыми местами.

В западной тундре, где морские животные практически незаметны, ослабление поглощения углерода объясняется главным образом резким снижением фотосинтеза. 

Антарктические мхи и лишайники на протяжении поколений адаптировались к миру с высоким уровнем ультрафиолетового излучения, накапливая защитные пигменты, такие как флавоноиды и каротиноиды, и упрощая структуру листьев, приспособленную к интенсивному световому стрессу. 

Если убрать часть ультрафиолетового излучения, исследователи предполагают, что эти растения начнут перераспределять ресурсы, отвлекаясь от активной фиксации углерода, в результате чего их фотосинтетический механизм, по сути, выйдет из равновесия, а не получит разрядку. 

Величина эффекта снижения фотосинтеза при наиболее сильном уменьшении УФ-излучения достигла уровня, который исследователи классифицируют как средний или большой с точки зрения статистики.

В восточной тундре, где преобладает активность пингвинов, ситуация практически полностью изменилась. Там фотосинтез почти не изменился, но зато резко возросло дыхание экосистемы. 

Колонии пингвинов выбрасывают в почву огромное количество органического углерода и азота , создавая богатые питательными веществами условия, способствующие развитию плотных микробных сообществ.

Если уменьшить воздействие ультрафиолетового излучения, которому подвергались эти микробы, их активность, по-видимому, ускорится, что приведет к ускорению разложения и выбросу большего количества углекислого газа обратно в атмосферу. Увеличение частоты дыхания в данном случае было достаточно существенным, чтобы зарегистрировать его как сильный статистический эффект сам по себе.

Антарктическая тундра занимает площадь около 72 000 квадратных километров, и на континенте обитает примерно 3,05 миллиона гнездящихся пар пингвинов. 

Это означает, что конкретный механизм, обнаруженный на острове Ардли, — взаимодействие снижения уровня ультрафиолетового излучения с питательными веществами в почве, выделяемыми пингвинами, — вполне может проявляться на значительной части свободной ото льда территории континента. 

Исследователи отмечают, что их выводы основаны на наблюдениях, проведенных в конкретных местах. Однако аналогичные эффекты могут наблюдаться и в других местах, где богатые и бедные питательными веществами почвы по-разному реагируют на снижение уровня ультрафиолетового излучения.

В совокупности полученные результаты свидетельствуют о том, что восхваление восстановления озонового слоя исключительно как истории снижения вредного воздействия ультрафиолетового излучения упускает из виду половину картины. 

Для антарктической тундры, адаптированной к интенсивному ультрафиолетовому излучению, снижение уровня радиации может привести к неожиданным изменениям, а не просто к облегчению ситуации.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что восстановление озонового слоя может изменить баланс между фотосинтезом и дыханием, влияя на количество углерода, поглощаемого и выделяемого этими хрупкими экосистемами.