Международный коллектив исследователей оценил, как менялась температура поверхностных и глубинных вод в озерах в летнее время за последние сорок лет. Для анализа были использованы данные измерений, выполненных на 102 озерах на пяти континентах. Поверхностные воды под действием глобального изменения климата в среднем стали теплее чуть больше чем на 1.5 градуса Цельсия, тогда как для глубинных вод общей тенденции не выявлено. В некоторых озерах вода в глубине чуть потеплела, тогда как во многих, наоборот, стала холоднее. Ученые отмечают, что, по всей видимости, на температуру и связанное с ней качество воды в озерах влияет уникальный для каждого водоема или региона комплекс факторов. Результаты масштабного исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
На земле насчитывается почти 1.5 миллиона озер. Несмотря на то что почти треть всей пресной воды запасена в нескольких крупных озерах, многочисленные более мелкие собратья важны как источники питьевой воды, рыбы и других биологических ресурсов, места отдыха. С экологической точки зрения, озера играют важную роль в круговороте углерода, поддерживают жизнь многих уникальных организмов. Наблюдаемые на планете климатические изменения могут оказать серьезное воздействие на водные экосистемы. Однако точной оценки последствий глобального потепления для температуры воды в озерах до сих пор не выполнено.
Для многих глубоких водоемов в теплое время типично разделение толщи на слои разной плотности — стратификация. Это явление связано с физическими свойствами воды, которая имеет максимальную плотность при температуре 4оС, более теплая и более холодная вода будут легче. Летом в любом крупном озере теплый и легкий слой воды, можно сказать, плавает на холодном и тяжелом. При этом температура воды с глубиной понижается не плавно, а скачком. Чем больше разница температур между поверхностью и глубиной, тем круче этот температурный скачок и тем сложнее перемешать озеро. В случае устойчивой стратификации в озере около дна может закончиться кислород, температура воды на разных глубинах и размер поверхностной и глубинной зон определяют условия для жизни рыб и других организмов. Таким образом, температура воды на разных глубинах, место расположения температурного скачка — важные характеристики, которые во многом определяют качество воды.
Проследить, как меняется температура воды в озерах на всей планете, непросто. В случае поверхностных вод на помощь ученым пришли спутники, с помощью которых можно легко оценить температуру. Ученые уже фиксировали, что за последние годы поверхность озер стала чуть теплее. Чтобы проследить за процессами в глубине, нужны данные прямых измерений. Около пятнадцати лет назад специалисты по исследованию озер объединились в международное сообщество, чтобы собрать доступные данные долговременных наблюдений. Оказалось, что для глобальных оценок специфичных реакций водных объектов на внешние воздействия данных все еще не хватает. Так, для целей долговременного температурного анализа подошли лишь 102 озера, расположенные в разных климатических зонах на пяти континентах.
«Эта работа — результат многолетнего сбора данных и сотрудничества нескольких десятков ученых и организаций из 18 стран. Мы обнаружили, что температура воды в глубине озер реагирует на изменение климата совсем не так, как это происходит в поверхностных водах. Более того, оказалось, что такие характеристики, как размер озера или его расположение, также несильно влияют на изменчивость температуры глубинных вод. Наблюдаемые глобальные тенденции, скорее всего, связаны с локальными или региональными климатическими особенностями или другими внешними факторами, которые нужно изучать отдельно», — поделилась основным результатом работы первый автор статьи Рэйчел Пилла, аспирантка лаборатории лимнологии глобальных изменений в Университете Майами (США).
При анализе результатов прямых измерений ученые подтвердили ранее зафиксированные тенденции к росту температуры поверхностных вод и разницы между плотностью воды на глубине и на поверхности. Этот тренд наблюдается практически на всех континентах и во всех климатических зонах и связан с ростом температуры воздуха. Реакция температуры глубинных вод, по крайней мере на доступном массиве данных, на изменение климата не так очевидна. В целом, как и предполагали авторы, для озер с площадью водной поверхности меньше одного квадратного километра в глубине воды стали чуть холоднее, а в более крупных — немного теплее.
Подобные масштабные исследования стали особенно популярны в последние годы. Такая возможность открылась с накоплением данных о поведении отдельных экосистем. Раньше ученые-экологи уделяли больше внимания конкретным водоемам или особенностям жизни одной экосистемы. Сейчас все чаще предпринимаются попытки обобщить накопленные данные и найти глобальные закономерности в поведении экосистем. Однако изучить все озера на планете невозможно. Поэтому часто ученые уповают на то, что поведение характерных водоемов будет типично для большего класса объектов. Так, в азиатской части России эталонной системой считается озеро Байкал, крупнейший пресный водоем на планете.
«Одна из проблем подобных работ заключается в том, что при существовании значительного числа долговременных рядов наблюдений за температурными режимами озер практически отсутствуют параллельные ряды наблюдений за прозрачностью воды, концентрацией хлорофилла, динамикой планктонного сообщества. На Байкале сотрудники НИИ биологии Иркутского государственного университета с 1945 года ведут проект комплексного мониторинга, так называемая «точка №1», в ходе которого следят не только за температурой и прозрачностью воды, но и за состоянием планктона (содержание хлорофилла, численность и биомасса различных видов фито- и зоопланктона). Это один из самых старых и подробных рядов озерных данных не только в России, но и в мире. Благодаря этому мы можем отследить масштабные процессы долговременных изменений, связанных с глобальными климатическими процессами. На Байкале мы наблюдаем процессы замещения специализированных эндемичных видов видами космополитами, по сути, медленную трансформацию планктона. И здесь важно отметить, что именно планктонное сообщество является фундаментом любой водной экосистемы, в том числе и Байкала», — рассказал соавтор исследования доктор биологических наук, директор НИИ биологии Иркутского государственного университета Максим Тимофеев.
Авторы исследования отмечают, что сложность в прогнозе изменчивости температуры на глубине делает менее предсказуемым поведение крупных водоемов при изменении климата. С другой стороны, для небольших озер подтвержденный рост поверхностной температуры говорит о хорошо прогнозируемых последствиях. В их число входят уменьшение концентрации кислорода на глубине, вероятность заморных явлений в летнее время, гибель некоторых видов рыб или других организмов. В любом случае для надежных глобальных оценок поведения озер в новой климатической реальности требуется детально исследовать большее количество водоемов.
«Если посмотреть на карту с использованными при анализе озерами, мы увидим доминирование Западной Европы и Северной Америки. Это не удивительно — в работе учитывались только результаты непрерывных наблюдений за температурой воды с поверхности до глубины озера с 1970 по 2009 год. В России подходящих под такие требования водоемов считанные единицы. В то же время основной результат статьи заключается в том, и это редкий случай, когда в престижном журнале публикуется, можно сказать, отрицательный вывод, что мы не можем предсказать реакцию конкретного водоема на изменение климата на основании каких-то общих закономерностей. Плохая новость для тех, кто надеется, что можно исследовать один объект и экстраполировать результаты на остальные. Если нам важно качество воды в наших озерах и водохранилищах, нужно налаживать систему непрерывных наблюдений и исследований на крупных объектах в разных климатических и природных зонах», — рассказал один из авторов исследования, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Красноярского научного центра СО РАН Егор Задереев.
Информация предоставлена Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук»
