Когда планктон попадает в горячую воду, органические вещества задерживаются на поверхности и нарушают транспорт углерода в глубины океана.

Морские волны тепла – это случаи необычайно тёплой воды, которая может сохраняться на поверхности океана месяцами. Подобно волнам тепла, которые мы испытываем на суше, морские волны тепла могут изменять химический состав окружающей среды и нарушать биологические процессы. Катастрофические потери мегафауны – очевидный признак неблагополучия системы. Исследователи уже начали накапливать достаточно данных, чтобы понять, как микробные организмы, составляющие основу пищевых цепей океана, также реагируют на волны тепла.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, представлены результаты десятилетних измерений, документирующих две последовательные волны тепла в северо-восточной части Тихого океана. Междисциплинарная группа авторов статьи использовала сочетание данных с автономного роботизированного буя, исследовательского круиза и спутниковых данных, чтобы понять, как микробные сообщества в регионе реорганизовались в ответ на экстремальные явления.

Исследователи обнаружили, что во время волн тепла на поверхности океана увеличивалось производство органического вещества, но богатые углеродом частицы не тонули и не плавали, а просто оставались на месте.

Биологический углеродный насос

Фитопланктон — крошечные фотосинтезирующие микробы — запускают биологический углеродный насос. Используя солнечный свет и углекислый газ (CO₂) для роста, они извлекают углерод из атмосферы и включают его в круговорот углерода в океане. Зоопланктон питается обширными полями этих растительноподобных организмов, перенося углерод глубже в толщу воды в виде фекальных гранул и кусочков недоеденного планктона. В конце концов, некоторые из этих частиц оседают достаточно глубоко, чтобы питать экосистемы глубоководных районов океана.

Этот углеродный насос представляет собой глобально значимый буфер, защищающий от последствий изменения климата, поскольку океан поглощает примерно четверть CO₂, выбрасываемого в результате деятельности человека. По некоторым оценкам, текущая концентрация CO₂ в атмосфере может увеличиться на целых 50%, если биологический углеродный насос прекратит транспортировку углерода в глубины океана.

«Способность океана связывать углерод зависит от микробов, находящихся в основе пищевой цепи, поэтому очень важно начать понимать, как морские волны тепла влияют на микробные сообщества», — пояснила Мариана Биф (Mariana Bif), ведущий автор нового исследования. Биф — доцент Университета Майами, ранее работавшая исследователем в Научно-исследовательском институте аквариума залива Монтерей.

Когда пищевая цепь запутывается

В обеих морских волнах тепла, отслеживаемых в исследовании, авторы обнаружили признаки перегрева биологического углеродного насоса. Частицы, богатые углеродом, находились на глубине примерно 200 метров под поверхностью, но во время двух волн тепла их накопление было вызвано разными механизмами.

Первая волна тепла, включённая в исследование, началась в 2013 году, когда необычно слабые ветры над Тихим океаном не смогли перенести тёплый летний воздух обратно на материковую часть США. Эта волна тепла, получившая название «Blob», попала в заголовки газет, поскольку тёплая, застоявшаяся вода с дефицитом кислорода привела к массовой гибели фауны во всех уголках Тихого океана, прежде чем рассеялась в 2015 году.

В 2019 году неоднородная облачность над океаном и более мелкий смешанный слой на поверхности моря подготовили почву для новой волны тепла, охватившей северо-восточную часть Тихого океана. Эта вторая волна тепла резко повысила температуру и стала известна как «Blob 2.0».

Биф и её соавторы обнаружили, что во время обеих волн тепла морское микробное сообщество претерпело изменения в составе «менеджеров среднего звена».

В первые годы существования «Blob» физические и химические условия благоприятствовали развитию более мелких видов фитопланктона, что, в свою очередь, способствовало появлению нового стада зоопланктонных травоядных. Эта дискретная пищевая сеть в конечном итоге создала океанический слой, полный органических частиц, которые были слишком лёгкими, чтобы погрузиться в более плотные глубинные воды.

Во время «Blob 2.0» концентрация взвешенных органических веществ была ещё выше, но рост был обусловлен не только первичной продукцией. На этот раз условия благоприятствовали экономным видам. Организмы, способные при необходимости питаться детритом и низкокачественной органикой, стали более многочисленными, что свидетельствует о том, что система осуществляет круговорот и переработку углерода, чтобы удерживать его в верхних слоях водной толщи. В этом сообществе процветали паразиты, а организмы (включая группу радиолярий), ранее никогда не встречавшиеся в северо-восточной части Тихого океана, стали регулярными обитателями.

Измерения вдали от цивилизации

Набор технологий, использованных в исследовании, отличает его от предыдущих попыток каталогизировать воздействие морских волн тепла.

«Мы вступаем в эпоху „больших данных“ в биогеохимии океана, тогда как раньше мы были ограничены лишь тем, что могли собрать с судов», — сказала Стефани Хенсон (Stephanie Henson), ведущий научный сотрудник Национального океанографического центра в Саутгемптоне, Великобритания.

Хенсон не принимала участия в исследовании. Хенсон пояснила, что автономные буи и другие передовые системы мониторинга позволяют исследователям работать с наборами данных, охватывающими период, превышающий продолжительность одного исследовательского круиза.

«Исследователи изучают реакцию на морские волны тепла в таких системах, как коралловые рифы и др.», — сказала Хенсон, пояснив, что исследователи обнаружили, что не все биологические реакции одинаковы при изменении одной морской волны тепла на другую. Однако она отметила, что это исследование стало первым, которое, по её мнению, демонстрирует, что потоки углерода в океане также имеют сложную реакцию на морские волны тепла.

Чтобы отслеживать основные показатели состояния Тихого океана до, во время и после каждой волны тепла, исследователи использовали данные Глобального массива биогеохимических данных океана (GO-BGC). Приборы GO-BGC являются частью массива Argo – глобальной сети из тысяч автономных роботизированных буёв. Каждый буй свободно дрейфует в океанских течениях, отслеживая pH, солёность, температуру и другие показатели.

Несмотря на все их возможности, буи не способны собирать микробные образцы. Поэтому вместо того, чтобы Биф искала данные, данные приходили к ней.

Стивен Халлам (Steven Hallam), микробиолог из Университета Британской Колумбии и соавтор нового исследования, связался с Биф после прочтения её интервью о её работе по изучению морских волн тепла. Он предположил, что образцы планктонной ДНК, хранящиеся в морозильной камере его лаборатории, могут быть полезны для исследования Биф углеродного цикла океана. Учёные из группы Халлама ранее публиковали исследования бактериальных сообществ в том же регионе, используя образцы, собранные во время исследовательских экспедиций вдоль трансекты «Линия P» у побережья Британской Колумбии. После обмена электронными письмами группа Халлама повторно обработала образцы, расширив анализ с бактерий на весь состав сообщества, что внесло значительный вклад в исследование Биф.

Хотя история о том, как планктонная ДНК попала к Биф, свидетельствует о силе научной коммуникации и сотрудничества, Хенсон отметила, что разрезы линии P «не обязательно пространственно пересекаются с регионами наибольшего воздействия морских волн тепла», и к объединению наборов данных разного масштаба (например, данных с борта судна и данных автономных буёв) следует подходить с осторожностью.

Тем не менее, Хенсон добавила: «Это лучшее, что мы можем сделать на данный момент».

Сохраняющиеся неопределённости

Что касается будущих исследований, Биф участвует в нескольких новых проектах, изучающих морские деоксигенированные регионы, но отметила: «Я всегда сосредоточена на буях BGC-Argo».

Биф отметила, что будет интересно изучить данные BGC-Argo с буёв, находящихся в центре морской волны тепла, которая в настоящее время затрагивает северную часть Тихого океана. Эта волна тепла уже демонстрирует признаки замедления, хотя учёные говорят, что она, вероятно, сохранится всю зиму.

«Я не уверен, что эта волна будет иметь такие же сильные стороны, как некоторые из предыдущих морских волн тепла в регионе», — сказал Ник Бонд (Nick Bond), который не участвовал в этом исследовании, но изучал морские волны тепла в рамках своей предыдущей должности климатолога в штате Вашингтон. Сейчас он старший научный сотрудник Вашингтонского университета.

Бонд добавил, что, хотя имеются «предварительные доказательства» того, что потепление климата может увеличивать частоту морских волн тепла в Тихом океане, учёным ещё многое предстоит узнать, прежде чем они смогут точно спрогнозировать их поведение в будущем.

Тем временем, на суше развивается ещё одна неизведанная область исследований, которая пока неизвестна.

«В сообществе есть определённая обеспокоенность, поскольку в настоящее время США предоставляют около половины буёв для глобальной программы Argo», — сказала Хенсон, намекая на недавнее сокращение бюджета практически всех направлений федеральных исследований в США. Однако она пояснила, что другие страны увеличивают финансирование, чтобы программа Argo оставалась на плаву.

«То, что мы не измеряем, мы не можем понять. Нам нужны дополнительные инвестиции в мониторинг океана», — сказала Биф.

 

Ссылка: https://eos.org/articles/marine-heat-waves-slow-the-oceans-carbon-f

 

Регионы средних и высоких широт, расположенные на границах муссонной системы, чрезвычайно чувствительны к глобальному изменению климата, при этом реакция на засухи здесь особенно выражена. Несмотря на значительное воздействие засух на экосистемы, водную безопасность и социально-экономическое развитие, пространственно-временная динамика и движущие факторы засух в этих регионах изучены недостаточно. В данном исследовании авторы использовали тест тренда Манна-Кендалла и анализ модели географического детектора для изучения пространственно-временной эволюции и движущих механизмов засух в бассейне реки Амур, климатически чувствительном трансграничном бассейне, охватывающем северо-восточный Китай, Дальний Восток России и восточную Монголию. Результаты показали, что как в наблюдаемый период, так и в будущих климатических сценариях частота засух демонстрировала последовательные тенденции к снижению −0,31, −0,26, −0,19 и −0,35/десятилетие (p < 0,01), особенно на Дальнем Востоке России. Напротив, интенсивность, продолжительность и интервалы засух увеличились, особенно в северо-восточной и российской частях бассейна. Эти результаты указывают на сдвиг в сторону менее частых, но более продолжительных и интенсивных случаев засухи. Более того, продолжительность засухи значительно и положительно коррелировала с интервалами засух, в то время как частота показала значительную отрицательную корреляцию с интервалами. Тихоокеанское десятилетнее и Арктическое колебания сильнее коррелировали с характеристиками засух, чем восточноазиатский летний муссон. Эффекты взаимодействия крупномасштабных циркуляционных факторов были более значимы для изменений интервала и частоты засух. Аномальная геопотенциальная высота 850 гПа над Монголией и аномальные температуры поверхности Японского моря способствовали возникновению аномальных засух по всему бассейну. Данное исследование предоставляет научную основу для разработки стратегий адаптивного управления водными ресурсами, укрепления систем раннего предупреждения о засухах и повышения эффективности мер по снижению риска стихийных бедствий в бассейне в условиях текущего и будущего изменения климата.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-025-07909-z

 

Последние достижения в области спутниковых технологий и облачных вычислений позволили осуществлять глобальный мониторинг долгосрочных изменений уровня поверхностных вод. Динамичный характер поверхностных вод, обусловленный сезонными колебаниями и климатическими событиями, затрудняет точную интерпретацию этой динамики. Здесь представлен первый глобальный набор данных, определяющий время наступления или отступления уровня поверхностных вод с годовым разрешением в период с 1984 по 2022 гг. Подход авторов направлен на выявление устойчивых изменений характеристик поверхностных вод путём фильтрации сезонных или краткосрочных колебаний. Используя новый алгоритм, авторы отобразили на карте время изменений уровня поверхностных вод в глобальном масштабе, включая реки, озёра, водохранилища, затопляемые сельскохозяйственные угодья и прибрежные регионы. Каждый пиксель размером 30 × 30 м в наборе данных регистрирует, произошло ли наступление или отступление уровня воды, и указывает год наступления. Этот набор данных позволяет пользователям визуализировать местоположение, тип и масштаб изменений, а его ориентация на временные характеристики открывает новые возможности понимания движущих факторов динамики водных ресурсов. Разработанный с учётом доступности, этот набор данных помогает научным исследованиям, а также неправительственным организациям, политикам и специалистам по управлению водными ресурсами в решении проблем, связанных с поверхностными водами.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-025-06013-5

 

Система моделирования регионального климата (RegCM) за последние годы претерпела значительную эволюцию, что привело, например, к появлению широко используемых версий RegCM4 и RegCM4-NH. В ответ на потребность в более высоком разрешении была разработана новая версия системы RegCM5, включающая негидростатическое динамическое ядро ​​модели прогноза погоды MOLOCH. В данной работе авторы оценивают производительность RegCM5 для 9 доменов CORDEX-CORE, включая панъевропейский домен с разрешением, учитывающим конвекцию. Они обнаружили температурные отклонения в диапазоне от −2 до 2 °C, с более значительным положительным отклонением в самых северных регионах Северной Америки и Азии зимой, связанным с переоценкой содержания воды в облаках. Отмечены холодные отклонения над Центральной Азией и Тибетским нагорьем, возможно, из-за разреженного покрытия станций. Модель демонстрирует преобладающий холодный уклон в максимальной температуре и тёплый уклон в минимальной температуре, связанный с систематической переоценкой доли облаков нижнего яруса, особенно зимой. Диаграммы Тейлора указывают на высокую корреляцию пространственного распределения температуры с данными ERA5 и CRU, за исключением Южной Америки и Карибского региона. Оценка осадков показывает переоценку в Южной Америке, Восточной Азии и Африке. RegCM5 улучшает суточное распределение осадков по сравнению с RegCM4, особенно при высокой интенсивности. Анализ полей ветра подтверждает способность модели воспроизводить муссонные циркуляции. Оценка траекторий тропических циклонов подчёркивает сильную чувствительность к алгоритмам отслеживания, что требует тщательной интерпретации модели. В европейском регионе моделирование с учётом конвекции особенно улучшает суточный ход осадков и почасовую интенсивность осадков.

 

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-025-07913-3

 

Точная оценка потоков углекислого газа (CO₂), связанных с землепользованием и изменениями в землепользовании (F_LUC), имеет решающее значение для оценки определяемого на национальном уровне вклада и прогресса в достижении климатических целей. В данной работе авторы сравнивают пять подходов к оценке F_LUC, обсуждают причины значительных неопределённостей и расхождений в оценках, а также рассматривают пути повышения их точности и лучшего согласования отдельных оценок. Глобальные оценки F_LUC в период с 2000 по 2023 гг. варьируются от чистых выбросов 1,9 ± 0,6 ПгС в год (на основе динамических глобальных моделей растительности) до чистых абсорбций −1,0 ПгС в год (на основе наблюдений за Землёй), при этом другие оценки, основанные на моделях бухгалтерского учёта, национальных отчётах и ​​атмосферных инверсиях, попадают в этот диапазон. Расхождения возникают из-за того, что каждый подход использует разные определения F_LUC, пространственного охвата управляемых земель и в разной степени учитывает деградацию и воздействие на окружающую среду. В результате каждый подход учитывает разные потоки и площади земель. Неопределённости в отдельных оценках объясняются качеством данных о землепользовании, ограничениями наблюдений и неполным учётом процессов. Эти неопределённости можно уменьшить за счёт более чёткого разделения антропогенных и естественных потоков CO₂, включая эффекты антропогенной деградации экосистем и улучшение параметризации моделей. Таким образом, в будущих исследованиях приоритет должен быть отдан однозначным и последовательным определениям и проведению систематических оценок относительно друг друга для улучшения перевода и гармонизации оценок F_LUC, что необходимо для поддержки эффективной климатической политики и оптимизации мер по смягчению изменения климата на суше.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-025-00730-6

 

Азот играет важную роль в таких областях, как изменение климата, здоровье человека и сельское хозяйство. Исследователь утверждает, что более полное включение его влияния в климатические модели было бы полезно.

Азот – важный компонент глобальной окружающей среды, влияющий на сельское хозяйство, климат, здоровье человека и экосистемы. Роль азотного цикла получила более широкое признание, однако модели земной системы, используемые для прогнозирования глобальных изменений окружающей среды, до сих пор не учитывают его в полной мере.

Коу-Гисбрехт (Kou-Giesbrecht) выступает за включение полностью интерактивного азотного цикла в модели земной системы, который учитывал бы сложные и взаимосвязанные пути перемещения азота между сушей, океанами и атмосферой. Азот лишь недавно был включен в состав наземных компонентов некоторых моделей земной системы и только как фактор, ограничивающий первичную продуктивность.

Азот играет не только роль в росте растений, но и является мощным парниковым газом, фактором образования озона и аэрозольных компонентов. Лесные пожары высвобождают оксиды азота и аммиак, способствующие концентрации твёрдых частиц, в то время как морские микроорганизмы как поглощают, так и выделяют азот. Экспорт азота в океаны влияет как на первичную продуктивность океана, так и на выбросы азота в океане, а избыток азота в морских водах приводит к эвтрофикации, или чрезмерному уровню питательных веществ, который может вызывать вредоносное цветение водорослей.

Несмотря на глобальное значение, многие компоненты азотного цикла в моделях морского менеджмента не являются полностью интерактивными, если они вообще включены; скорее, они являются статическими входными данными для моделей. Автор утверждает, что добавление динамических представлений азотного цикла между сушей, океанами и атмосферой закроет значительный пробел в понимании того, как будут меняться климат и окружающая среда Земли в ближайшем будущем.

Для достижения этой цели необходимы дополнительные наблюдения для более точных эталонных моделей наземного азотного цикла, а также экспериментальные исследования для установления эмпирических ограничений на процессы, связанные с азотом. Эти достижения могут помочь понять и достичь целей Коломбской декларации об устойчивом управлении азотом*, предусматривающих сокращение азотных отходов вдвое к 2030 году, что позволит сэкономить 100 миллиардов долларов в год и поможет смягчить последствия изменения климата, улучшить биоразнообразие, продовольственную безопасность и здоровье населения, утверждает автор.
(Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, https://doi.org/10.1029/2025JG009209, 2025)

* Коломбская декларация об устойчивом управлении азотом — документ, который в 2019 году подписали 29 стран. Документ направлен на решение глобальной проблемы азота, так как чрезмерное количество этого элемента опасно: он загрязняет водоёмы, отравляет растения, животных и людей, способствует изменению климата. 

 

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/global-climate-models-need-the-nitrogen-cycle-all-of-it

 

В последние годы летние волны тепла в Европе значительно усилились из-за роста антропогенных выбросов. Хотя летние волны тепла в Европе продолжат усиливаться из-за повышения летних температур, последствия изменений внутренней изменчивости при глобальном потеплении остаются неизвестными. Используя пять больших ансамблей начальных условий для одной модели, авторы обнаружили, что вынужденные изменения внутренней изменчивости, по прогнозам, приведут к усилению летних волн тепла в Центральной и Северной Европе, которые будут часто испытывать дефицит влаги, что усилит обратную связь между сушей и атмосферой и увеличит интенсивность и изменчивость волн тепла. Напротив, вынужденные изменения внутренней изменчивости будут способствовать ослаблению летних волн тепла в Южной Европе. Прогнозируется, что Южная Европа столкнётся с более стабильной средой с дефицитом влаги, что снизит экстремальную изменчивость температуры и интенсивность волн тепла. Выводы авторов свидетельствуют о том, что, хотя адаптации к повышению средних температур в Южной Европе должно быть достаточно для снижения уязвимости к повышению интенсивности летних волн тепла, в Центральной и Северной Европе также потребуется адаптация к повышению изменчивости температур.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65392-w

 

В условиях быстрой урбанизации деятельность человека существенно изменила городскую тепловую среду. Однако большинство существующих исследований были сосредоточены на отдельных городах или относительно однородных климатических условиях, и долгосрочная динамика между температурой поверхности земли (ТПЗ) и ночной освещённостью (НО) в пределах городских и сельских градиентов в различных климатических зонах остаётся недостаточно изученной. Этот пробел ограничивает систематическое понимание того, как деятельность человека и тепловая среда сосуществуют в различных региональных условиях. Чтобы восполнить этот пробел, авторы выбрали десять репрезентативных городов Китая, охватывающих несколько климатических зон. Используя наборы данных MODIS ТПЗ и НО за 2000–2020 гг., они определили рамки анализа градиента между городом и деревней для систематической оценки закономерностей пространственно-временной реакции и механизмов связи между ТПЗ и НО. Полученные результаты показывают следующее: (1) С 2000 по 2020 гг. НО демонстрировала ярко выраженную тенденцию к росту во всех климатических зонах, особенно в пограничном тропическом влажном регионе, в то время как изменения ТПЗ были относительно умеренными. (2) ТПЗ и НО демонстрировали степенное распределение вдоль городских и сельских трансект, отмеченное резким спадом в моноцентрических городах и постепенным переходом в полицентрических городах, с более резкими термическими градиентами в северных и внутренних районах и более постепенными переходами в южных и прибрежных регионах. (3) Долгосрочное увеличение НО было наиболее очевидным в пригородных районах (0,94 нВт/см²/стерадиан/год), превзойдя таковое в городских центрах (0,68 нВт/см²/стерадиан /год) и сельских зонах (0,60 нВт/см²/стерадиан/год), при этом внутренние города (0,84 нВт/см²/стерадиан/год) опережали свои прибрежные аналоги. Хотя изменения ТПЗ были умеренными, потепление в пригородах (0,16 ± 0,08 °C/год) было более чем в два раза выше, чем в городских и сельских районах. Примечательно, что синергетическая эскалация света и тепла была наиболее выражена в тропических и субтропических городах. (4) Города восточного побережья показали сильно синхронизированный рост НО и ТПЗ, тогда как города, расположенные на плато, в умеренных полузасушливых и среднеумеренных засушливых регионах, показали чёткое разделение. Вдоль градиентов город-сельская местность корреляции НО–ТПЗ в целом ослабевали от городских центров к периферии, однако координация связи достигала пика в окраинных районах (среднее = 0,63), что подчёркивает выраженную пространственную гетерогенность. Это исследование расширяет понимание пространственно-временной связи городского света и тепла в различных климатических и урбанизационных контекстах, предлагая критически важную информацию об управлении городской тепловой средой.

 

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/17/21/3585

 

Недавнее сокращение площади морского льда в Арктике и рост судоходства требуют более точных прогнозов состояния морского льда. Однако низкое пространственное разрешение моделей земной системы, таких как Норвежская модель прогнозирования климата (NorCPM), ограничивает их способность определять мелкомасштабные ледовые объекты, критически важные для безопасной навигации в Арктике. Для устранения этого ограничения авторы применили подход с динамическим даунскейлингом в исследовании, охватывающем осенний ледостав 2023 года. В частности, ретроспективный прогноз NorCPM учитывает атмосферное воздействие для региональной сопряжённой модели «океан-морской лёд» Норвежской системы прогнозирования высокого разрешения панарктического океана и морского льда (NorHAPS), которая обеспечивает ретроспективные прогнозы протяжённости морского льда с высоким разрешением (3–5 км). Уменьшенные масштабы протяжённости морского льда демонстрируют улучшенную точность в течение всего периода прогнозирования, особенно заметно снижая связанное с переоценкой смещение вдоль Северо-Восточного и Северо-Западного проходов до середины-конца октября, особенно в пограничных ледовых зонах. Кроме того, NorHAPS обеспечивает более точное представление локальных разрывов и мелкомасштабных структур морского льда в ключевых регионах арктических проливов, таких как море Лаптевых, Канадский Арктический архипелаг и море Бофорта. Эти улучшения связаны с более реалистичным моделированием процессов замерзания морского льда, что снижает преждевременное замерзание, наблюдаемое в результатах NorCPM. В целом, полученные результаты показывают, что динамический даунскейлинг является эффективным методом уточнения результатов низкоразрешённых климатических моделей. Этот подход позволяет получать детальные прогнозы состояния морского льда, которые могут способствовать безопасным морским операциям в Арктике.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025JD044571

 

Новое исследование показывает, что метанотрофы, включая те, которые поглощают метан из воздуха, по-видимому, вытесняют метаногенов в засушливых условиях.

В Арктике ключевой фактор будущего изменения климата скрывается под землёй, оставаясь невидимым.

Микробы в слоях почвы, расположенных непосредственно над многолетней мерзлотой, метаболизируют углерод, превращая его в углекислый газ и метан, гораздо более мощный парниковый газ. По мере нагревания этих почв высвобождается всё больше углерода, что потенциально запускает цикл обратной связи, вызывающий потепление, который иногда называют «метановой бомбой». Новые исследования микробных обитателей арктических почв показывают, что такой порочный круг может быть неизбежным.

Каталогизируя виды микробов, обнаруженных в вечномёрзлых почвах по всей Арктике, а также в недавно оттаявшей многолетней мерзлоте, группа исследователей получила более чёткую картину микробного разнообразия арктических почв, а также того, как эти микробные сообщества меняются по мере потепления окружающей среды. Один из ключевых выводов их статьи, недавно опубликованной в журнале Nature Communications Earth and Environment, заключается в том, что при определённых условиях в Арктике может быть больше микробов, питающихся метаном, чем микробов, вырабатывающих метан, а это означает, что почва может фактически стать поглотителем углерода.

«Возможно, по разным причинам эти системы на самом деле не производят тот метан, который, как мы считаем, они способны производить», — сказала Джессика Бузер-Янг (Jessica Buser-Young), микробиолог из Университета Аляски в Анкоридже, не участвовавшая в исследовании.

Микробы и метан

С 2010 года консорциум европейских учёных собирает образцы многолетней мерзлоты в Арктике, пробираясь сквозь верхний и подпочвенный слои, а также в многолетней мерзлоте. Сбор этих образцов в обширных, отдалённых и покрытых льдом северных районах мира затруднён, но группа собрала образцы по всей Канаде, Гренландии и Сибири. В новой статье исследователи провели геномный анализ микробиома восьми образцов многолетней мерзлоты и почвы панарктического региона, а также образцов как нетронутой, так и деградировавшей многолетней мерзлоты вблизи Фэрбанкса, Аляска. Они сосредоточились на микробах, включая бактерии и археи, которые либо выделяют, либо потребляют метан — парниковый газ, который может быть в 30 раз более мощным, чем углекислый газ. Когда исследователи изучили данные, первым сюрпризом для них стало отсутствие разнообразия как среди метанпродуцирующих микробов, или метаногенов, так и среди метанпотребляющих микробов, или метанотрофов, сказал соавтор исследования Тим Урих (Tim Urich), микробиолог из Университета Грайфсвальда в Германии. Среди метанотрофов в образцах во всех местах доминировал один род — Methylobacter. Эти бактерии встречаются по всей Арктике, часто обитая в слоях почвы непосредственно над своими метаногенными коллегами, потребляя метан, который поднимается снизу. Почему именно этот род оказался настолько успешным, пока неизвестно, сказал Урих.

Анализ «действительно требует более детального изучения представителей этой конкретной клады, чтобы понять экофизиологию и их реакцию на изменяющиеся условия в почве», — сказал Урих.

Возможное обезвреживание метановой бомбы

Урих и его соавторы также исследовали участки, где оттаяла многолетняя мерзлота, сравнивая влажные и сухие места. Участок с влажными почвами содержал больше метаногенных микробов, которые процветали в условиях недостатка кислорода. Напротив, в сухих местах преобладали метанотрофные микробы, особенно те, которые обладают уникальной способностью поглощать метан из воздуха и превращать его в менее активный углекислый газ. Исследователи отметили, что хотя эти факультативные метанотрофы способны метаболизировать атмосферный метан, на практике они не всегда это делают.

Как бы то ни было, сказал Урих, более тёплая и сухая Арктика может быть благом для меняющегося климата.

«Всё действительно зависит от гидрологического состояния этих почв», — сказал он.

Если Арктика окажется в засушливом регионе, её почвы могут стать чистым поглотителем метана (хотя и не слишком значительным), поскольку микробы начнут поглощать газ из воздуха. Механизм, описанный Урихом и его коллегами, — не единственный потенциальный цикл отрицательной обратной связи по метану. В недавней статье в журнале AGU Advances Бузер-Янг и её соавторы обнаружили, что микробы в дельте реки Коппер на Аляске, использующие железо для своего метаболизма, начали вытеснять микробов, производящих метан, что потенциально снижает выбросы метана.

«Мы полагаем, что это может происходить повсюду, где есть ледники в мире», — сказала Бузер-Янг.

Исследования, подобные исследованию Уриха, ясно показывают, что, хотя таяние многолетней мерзлоты Арктики является очевидным признаком изменения климата, его вклад в потепление менее очевиден, считает Кристиан Кноблаух (Christian Knoblauch), биогеохимик из Гамбургского университета, не участвовавший в исследовании.

«У нас было так много статей об этой метановой бомбе, — сказал он. — Я думаю, это было чрезмерное упрощение или переоценка объёма выброса метана».

Будущее метана всё ещё не определено

Исследователи по-прежнему сталкиваются с нехваткой данных об изменениях в Арктике.

В списке потенциально ценных данных Урих выделяет исследования экофизиологии микробов, связанных с метаном, которых он и его коллеги обнаружили в арктических почвах. Такие исследования, помимо прочего, предоставят больше информации об изменении метаболизма микробов в ответ на потепление и изменение уровня кислорода.

Урих также предупредил, что в его исследовании не измерялись уровни выделения или поглощения метана арктическими почвами, что оставляет без ответа вопрос о фактическом воздействии микробов на окружающую среду.

Кноблаух вновь подчеркнул необходимость дополнительных данных, отметив, что пока невозможно с уверенностью сказать, будет ли Арктика в будущем более влажной или более сухой, и, следовательно, как будет выглядеть выброс метана.

«У нас есть множество моделей и множество прогнозов, но у нас не так много данных о наземных условиях», — сказал он. «Я думаю, что на самом деле главные вопросы заключаются в том, насколько быстро разлагается материал, насколько он растает и через какое время он разложится и затем высвободится, а также как на систему повлияет изменение растительности».

 

Ссылка: https://eos.org/articles/in-arctic-soils-methane-eating-microbes-just-might-win-out-over-methane-makers