Саргассум на пляже в округе Палм-Бич в 2021 году. Автор: Брайан Лапуант, филиал в ФАУ-Харбор.
Исследователи из океанографического института Харбор-Бранч Атлантического университета Флориды опубликовали исторический обзор, в котором прослеживаются изменения, произошедшие за четыре десятилетия в пелагическом саргассуме — свободно плавающих бурых водорослях, которые играют жизненно важную роль в экосистеме Атлантического океана.
Когда-то считалось, что саргассум обитает в бедных питательными веществами водах Саргассова моря, но теперь он признан быстрорастущим и широко распространенным морским организмом, чье распространение по Атлантическому океану тесно связано как с естественными процессами, так и с обогащением питательных веществ человеком.
Обзор, опубликованный в журнале «Вредные водоросли«, проливает новый свет на происхождение и развитие Большого атлантического пояса саргассовых водорослей — массового повторяющегося цветения саргассовых водорослей, которое простирается через Атлантический океан от побережья Западной Африки до Американского залива.
С момента своего первого появления в 2011 году этот пояс формировался почти каждый год — за исключением 2013 года — и в мае достиг нового рекордного уровня биомассы в 37,5 миллионов тонн. Это не включает базовую биомассу Саргассова моря, которая, по историческим оценкам, составляет 7,3 миллиона тонн.
Объединяя исторические океанографические наблюдения, современные спутниковые снимки и передовые биогеохимические анализы, этот обзор обеспечивает всеобъемлющую основу для понимания драматических изменений в распределении саргассовых водорослей, их продуктивности и динамике питательных веществ. Это также подчеркивает более широкие последствия антропогенного обогащения океана питательными веществами для экологии океана и необходимость скоординированных международных усилий по мониторингу и управлению последствиями этого массового цветения морских водорослей.
«В нашем обзоре мы подробно рассказываем о меняющейся истории саргассума — о том, как он растет, что способствует этому росту и почему мы наблюдаем такое резкое увеличение биомассы по всей Северной Атлантике», — сказал Брайан Лапойнт, доктор философии, ведущий автор и профессор-исследователь филиала в ФАУ-Харбор. — Изучая изменения в составе питательных веществ, в частности азота, фосфора и углерода, и то, как эти элементы меняются во времени и пространстве, мы начинаем понимать, какие более масштабные факторы влияют на окружающую среду».
В начале обзора Лапуант и соавторы Дианна Ф. Уэббер, координатор исследований, и Рэйчел Брютон, доктор философии, доцент-исследователь из филиала в ФАУ-Харбор, объясняют, что первые океанографы составляли карты Саргассова моря на основе наблюдений саргассума на поверхности, полагая, что водоросли процветали в его теплой, прозрачной, но вода бедна питательными веществами. Однако это представление породило парадокс, когда океанографы середины 20-го века описали этот регион как «биологическую пустыню».
Однако недавние спутниковые наблюдения, модели океанической циркуляции и полевые исследования позволили разрешить этот парадокс, проследив сезонный перенос саргассума из богатых питательными веществами прибрежных районов, особенно из западной части Американского залива, в открытый океан с помощью кольцевого течения и Гольфстрима. Эти находки подтверждают ранние теории исследователей, которые предполагали, что саргасс, происходящий из Персидского залива, мог прокормить популяции в Саргассовом море.
Технология дистанционного зондирования сыграла ключевую роль в этих открытиях. В 2004 и 2005 годах спутники зафиксировали обширные скопления саргасса — длинные узкие линии или полосы плавучего саргасса — в западной части Американского залива, в регионе, испытывающем повышенную нагрузку на питательные вещества из речных систем, таких как Миссисипи и Атчафалайя.
«Эти богатые питательными веществами воды способствовали росту биомассы вдоль побережья Мексиканского залива, что привело к массовым выбросам на берег, дорогостоящей очистке пляжей и даже аварийному отключению атомной электростанции во Флориде в 1991 году», — сказал Лапуэнт. «Основное внимание в нашем обзоре уделяется элементному составу ткани саргасса и тому, как он менялся с течением времени».
Лабораторные эксперименты и полевые исследования, проведенные в 1980-х годах, подтвердили, что саргассум растет быстрее и более продуктивен в обогащенных питательными веществами неритмичных водах, чем в олиготрофных водах открытого океана. Контролируемые исследования показали, что два основных вида, sargassum natans и sargassum fluitans, могут удвоить свою биомассу всего за 11 дней при оптимальных условиях. Эти исследования также показали, что фосфор часто является основным питательным веществом, ограничивающим рост, хотя азот также играет важную роль.
С 1980-х по 2020-е годы содержание азота в саргассе увеличилось более чем на 50%, в то время как содержание фосфора несколько снизилось, что привело к резкому увеличению соотношения азота и фосфора (N:P).
«Эти изменения отражают переход от естественных океанических источников питательных веществ, таких как апвеллинг и вертикальное перемешивание, к наземным источникам, таким как сельскохозяйственный сток, сброс сточных вод и атмосферные осадки», — сказал Лапуэнт. «Уровень углерода в саргассе также повысился, что привело к изменениям в общей стехиометрии и еще больше подчеркнуло влияние внешней нагрузки питательными веществами на морских производителей сырья».
В обзоре также исследуется, как переработка питательных веществ в зарослях саргасса, включая выделение ассоциированными морскими организмами и расщепление органического вещества микробами, может поддерживать рост в среде с низким содержанием питательных веществ. Такая мелкомасштабная переработка имеет решающее значение для поддержания популяций саргасса в тех частях океана, которые в противном случае не обеспечивали бы высокий уровень продуктивности.
Данные о саргассе, собранные вблизи устья реки Амазонки, подтверждают гипотезу о том, что приток питательных веществ из этой крупной реки вносит значительный вклад в развитие GASB. Колебания биомассы саргасса были связаны с циклами наводнений и засух в бассейне Амазонки, что еще больше связывает поступление питательных веществ с суши и открытым океаном.
Образование GASB, по-видимому, было вызвано экстремальным атмосферным явлением — отрицательной фазой Североатлантического колебания в 2009-2010 годах, которое, возможно, способствовало перемещению поверхностных вод и саргасса из Саргассова моря на юг, в тропическую Атлантику.
Однако исследователи предупреждают, что прямых свидетельств этого перемещения нет. Более того, генетические и морфологические данные свидетельствуют о том, что некоторые популяции саргассов, в частности доминирующий вид S. natans var. wingei, уже присутствовали в тропической Атлантике до 2011 года, что указывает на то, что этот регион, возможно, играл недооцененную роль в раннем развитии GASB.
«Распространение саргассума — это не просто экологический курьез, оно оказывает реальное воздействие на прибрежные сообщества. Массовое цветение может привести к засорению пляжей, повлиять на рыболовство и туризм и создать угрозу для здоровья», — сказал Лапуэнт. «Понимание того, почему саргассум так активно растет, имеет решающее значение для управления этими воздействиями. Наш обзор помогает установить связь между загрязнением суши биогенными веществами, циркуляцией океана и беспрецедентным распространением саргассума по всему океанскому бассейну».
Эта работа финансировалась Департаментом по чрезвычайным ситуациям Флориды, Агентством по охране окружающей среды США, проектом программы Южной Флориды и программой NOAA по мониторингу и реагированию на события, связанные с вредным цветением водорослей. Исторические исследования, включенные в обзор, были профинансированы Программой НАСА по биологии океана и биогеохимии и программой экологического прогнозирования, программой восстановления науки NOAA, Национальным научным фондом, специализированным фондом «Спасем наши моря» и дискреционными фондами, предоставленными Фондом океанографического института Харбор-Бранч и стипендией Ред Райт от Бермудского биологического института. Станция.