Ученые выяснили: чем больше минералов содержится в озерной воде, тем быстрее нагревается поверхность водоема и тем дальше от берега сдвигается термобар — условная граница между холодной и теплой водой. Это приводит к перераспределению планктона: холодолюбивые виды быстрее уходят в более глубокие слои, тогда как теплолюбивые остаются на мелководье. Полученные данные будут полезны при отслеживании экологического состояния водоемов и оценки влияния климатических изменений на водные сообщества. Результаты исследования международного научного коллектива, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ) и грантом Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (БРФФИ), опубликованы в журнале Modeling Earth Systems and Environment.
Планктон — мелкие водоросли, рачки, личинки насекомых и другие организмы, плавающие в толще воды, — служат главным кормом для рыб в озерах. Эти организмы очень чувствительны к любым изменениям среды — в том числе химического состава и температуры воды. Поэтому ученые используют планктон для оценки состояния водных сообществ. Разные представители планктона предпочитают разные условия: одни виды живут в теплой прибрежной зоне, а другие обитают на глубине, где вода холоднее.
Весной из-за потепления в озерах появляется так называемый термобар — резкая граница, которая разделяет зону теплой воды (у берегов и поверхности озера) и холодной (в центре водоема и на глубине). К лету по мере нагрева озера эта граница «стирается», и переход между слоями воды с разной температурой становится плавным.
Исследования, проведенные на крупных озерах (в том числе Байкале), показали: такое резкое разграничение условий меняет распределение планктона по глубинам. Однако данных о том, как именно появление термобара сказывается на обитателях небольших озер, до сих пор не было.
Ученые из Томского государственного университета (Томск), Белорусского государственного университета (Минск) и Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси по биоресурсам (Минск) описали экологическую роль термобара в озере Долгое на территории Беларуси.
«Это самый глубокий водоем в стране, в котором обитает реликтовый (очень древний) вид планктона — рачок длиннохвостый лимнокалянус (Limnocalanus macrurus), внесенный в Красную книгу Республики Беларусь», — рассказывает руководитель зарубежного научного коллектива, Нина Суховило, кандидат географических наук, заведующая научно-исследовательской лабораторией озероведения Белорусского государственного университета.
Авторы построили численную модель озера, в которой объединили физические процессы, лежащие в основе движения и прогрева воды, а также законы биологии, описывающие существование планктона и связанные с его жизнедеятельностью химические превращения. Кроме того, такая модель учитывала малейшие изменения погоды, например, наличие солнца, облачности и ветра. Опираясь на данные метеостанций, авторы рассмотрели реальный промежуток времени, за который в озере появился термобар, — последнюю неделю марта 2024 года.
Чтобы понять, как термобар перестраивает жизнь в озере, ученым нужно было выделить ключевой фактор, который на него влияет. Им стала минерализация — содержание растворимых солей в воде. Дело в том, что вода с разной минерализацией неодинаково быстро нагревается и перемешивается, а значит, и термобар при разной минерализации должен вести себя по-разному. Поэтому исследователи провели моделирование, меняя количество минеральных солей в воде от 0,2 грамм в литре до 0,3 грамм в литре.
Чем больше было этих веществ, тем быстрее нагревалась поверхность озера и тем дальше от берега сдвигался термобар. Более того, из-за быстрого прогрева в минерализованной воде он появлялся практически на сутки раньше, чем в воде с низким содержанием солей. Из-за этого и холодолюбивые виды, привыкшие к низким температурам, «выдавливались» из прогретого поверхностного слоя и уходили на глубину гораздо раньше.
«Наша модель показала, что даже небольшое изменение минерализации ускоряет прогрев, меняет процесс формирования термобара и распределение планктона в толще воды. Используя предложенную модель и полученные с ее помощью данные, ученые смогут точнее предсказать, как изменится экосистема озера в будущем в условиях изменения климата. В дальнейшем мы планируем воспроизвести картину осенних изменений в озере Долгое», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Баир Цыденов, кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией вычислительной геофизики Томского государственного университета.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
