NOAA Arctic Report Card 2018 cz. 7

Roślinność w Arktyce

Najważniejsze dane:

• Ogólnie wieloletni trend pokazuje postępujące zazielenianie się arktycznej tundry (okres obserwacji 1982-2017). Jednak są obszary, gdzie obserwuje się zjawisko brązowienia tundry, jak w regionie delty Jukon-Kuskokwin w zachodniej części Alaski, na Archipelagu Arktycznym, czy też w niektórych częściach Syberii.
• Zieleń euroazjatyckiej tundry spadła w 2017 roku względem 2016, co było związane z wartością sezonu wegetacyjnego, towarzyszył temu duży (24,6%) spadek SWI - indeks letniego ciepła.
• Długoterminowe trendy (1982-2016) pokazują, że North Slope, czyli północna część Alaski ulega zazielenieniu.Wszystkie wartości NDVI w 2017 roku były takie same lub większe od średnich wartości w 36-letnim okresie pomiarów. 

Roślinność, oraz wegetacja tundry dynamicznie reaguje w ostatnich latach na zmiany środowiskowe, podyktowane ocieplającym się klimatem. Zmiany te nie są stałe rok do roku i różnią się w każdym regionie, co sugeruje, że istnieją złożone interakcje pomiędzy atmosferą, głąbami, a roślinnością. Zmiany w roślinności tundry mogą mieć  wpływ na globalny budżet węgla. Część CO₂ jest pochłaniana przez obszary, gdzie tundra zielenieje. Ale większe ilości tego gazu trafiają w wyniku działania pożarów tajgi i emisji metanu. Zmiany w tundrze mają wpływ na wieczną zmarzlinę, która w ostatnich latach z powodu ocieplającego się klimatu rozmarza. 

Za pomocą satelitów jesteśmy w stanie rejestrować zmiany w roślinności arktycznej. Dla mierzenia zmian w roślinności, poziomie wegetacji służą indeksy NDVI (Znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji).  MaxNDVI to szczytowy poziom wskaźnika NDVI związany z maksymalnym w roku rozwoju arktycznej szaty roślinnej tundry. TI-NDIV to  zintegrowany czas - suma dwutygodniowych wartości NDVI, które odnoszą się do całkowitej wydajności wegetacji tundry.

 Okołoarktyczne trendy (% zmian, 1982-2017) w skali MaxNDVI dla 1982-2017 (po lewej), oraz  TI-NDVI (po prawej).

NDVI to wskaźnik stosowany w pomiarach teledetekcyjnych, pozwalający określić stan rozwojowy oraz kondycję roślinności. NDVI bazuje na kontraście między największym odbiciem w paśmie bliskiej podczerwieni a absorpcją w paśmie czerwonym. 

Patrząc na wieloletnie zmiany widzimy, że MaxNDVII TI-NDVI zwiększyły swoje wartości w większości obszarów arktycznej tundry. W przypadku północnej części Alaski obserwuje się wieloletni trend silnego zielenienia. Podobnie jest w innych obszarach, jak w południowej części kanadyjskiej tundry, czy centralnej Syberii. Największe efekty w zmian są widoczne w okresie szczytowej wegetacji, przypadającym na środek lata. Pokazuje to MaxNDVI  (lewa mapa) - szczytowy poziom wskaźnika NDVI związany z maksymalnym w roku rozwoju arktycznej szaty roślinnej tundry.  Jak możemy zauważyć, odnotowano spadek zieleni na zachodzie Alaski (delta rzeki Jukon-Kuskokwin, a także na Archipelagu Arktycznym, oraz w północno-zachodniej części Syberii, głównie na półwyspie Tajmyr. 

  Po lewej) MaxNDVI, po prawej) TI-NDVI dla Ameryki Północnej, Eurazji i Arktyki jako całości podczas wieloletniego monitoringu satelitarnego (1982-2017).

Biorąc pod uwagę fluktuacje w trendzie, widzimy że w 2017 roku w stosunku do poprzedniego roku wartość NDVI spadła. Dotyczy to obu indeksów dla obu regionów arktycznych i Arktyki jako całości. Spadek ten następuje od dwóch latach wzrostu. TI-NDVI w Eurazji znacznie spadł w 2017 roku, o 9,7%. - jeden z dwóch największych spadków. W przypadku Ameryki Północnej spadek wyniósł 3,9%. Wartość MaxNDVI w Eurazji spadła o 1,9%, a Ameryce Północnej o 4,2%.

Na brązowienie, czy zielenienie wpływa wiele czynników, łącznie z przebiegiem warunków pogodowych. Aby w pełni zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za zachowanie się obszarów tundrowych, potrzebne są dalsze obserwacje i badania.  Badania z 2017 roku pokazują, że za brązowienie tundry odpowiedzialne mogą być zmiany w pokrywie śnieżnej w okresie zimowym, brak śniegu wystawia podłoże na działania mroźnego powietrza i wysuszenie. Śnieg stanowi izolację cieplną dla gleby.



Produktywność Oceanu Arktycznego

Najważniejsze dane:

• Obserwacje satelitarne pokazują postępujący od lat wzrost podstawowej produktywności wód arktycznych, wyraźnie widoczny w latach 2003-2018. W 2018 roku produktywność ta wzrosła względem średniej z okresu 2003-2017. Wzrost ten został odnotowany w trzech z dziewięciu badanych regionów, tj. w rosyjskich wodach Arktyki, Morzu Beringa i Morzu/Zatoce Baffina.
• Wszystkie regiony arktycznych wód wykazują wzrost produktywności w okresie badawczy 2003-2018, z największymi zmianami w euroazjatyckiej części arktycznych wód, Morza Barentsa, Grenlandzkiego i północnego Atlantyku.
• Zmiany w zasięgu lodu morskiego (moment wycofania się lodu na danym obszarze) mają wpływ na stężenie chlorofilu w oceanie, w tym wypadku chodzi o chlorofil A.
• Rośnie liczba szkodliwych glonów w arktycznych wodach. Naukowcy zaobserwowali obecność w Morzu Czukockim Alexandrium catenella.

Żyjące w wodach Oceanu Arktycznego glony i fitoplankton są podstawowym źródłem produktywności oceanu. W wyniku działania fotosyntezy przekształcają rozpuszczony w oceanie dwutlenek węgla w materiał organiczny. Stanowi to podstawę istnienia łańcucha pokarmowego. Zmiany zachodzące w Arktyce mają wpływ na produktywność oceanu.

Na podstawie obserwacji satelitarnych, pokazujących zmiany w barwie oceanu, można określić, jak wygląda nagromadzenie chlorofilu A, a także mikroorganizmów żyjących w wodzie morskiej, jak plankton. Poniższe wyniki przedstawiają sytuację tam, gdzie koncentracja lodu morskiego jest niższa niż 15%. 

Występowanie chlorofilu w Oceanie Arktycznym
Poniższe zestawienie map pokazuje rozkład odchyleń stężenia chlorofilu A ( organiczny związek chemiczny z grupy chlorofili) w 2018 roku dla poszczególnych miesięcy.

Średnie w skali danego miesiąca stężenie chlorofilu A w 2018 roku dla maja, czerwca i lipca. Stężenie wyrażone jest jako procent od średniej z lat 2003-2017. MODIS-Aqua Reprocessing 2014.0, OC3

 Odchylenia koncentracji lodu morskiego (%) w 2018 roku względem okresu 2003-2017 dla maja, czerwca i lipca. SSM/I, SSMIS, Goddard Bootstrap (SB2)

Ilość znajdującego się w oceanie chlorofilu A, jego stężenia zależy do tego, kiedy dany obszar uwolnił się od lodu. Dlatego też załączone zostały mapy koncentracji lodu morskiego dla miesięcy, w których przeprowadzone zostały obserwacje. Najbardziej znaczące dodatnie anomalie w 2018 roku miały miejsce w maju i czerwcu. Występowały stosunkowo wysokie ilości chlorofilu A w północnej części Morza Barentsa, wokół Svalbardu i wzdłuż przybrzeżnego lodu grenlandzkiego. Dodatkowo wysokie anomalie miały miejsce w czerwcu na Morzu Beringa.  

Średnie stężenie chlorofilu w arktycznym rejonie Pacyfiku w czerwcu 2018 roku. Wartość wyrażona jako procent od średniej z lat 2003-2017. Biały prostokąt oznacza miejsce obserwacji (DBO). Wykres obok przedstawia zmiany średnich stężeń chlorofilu w dla poszczególnych lat w miejscu badawczym oznaczonym na mapie białym prostokątem.

Warto zwrócić też na wysokie ilości chlorofilu A na Morzu Beringa, które w coraz większym stopniu jest wolne od lodu. W niektórych miejscach stężenie chlorofilu jest 4-5 razy większe od średniej. Z danych Distributed Biological Observatory wynika, że duże nagromadzenie chlorofilu pojawia się już w marcu. Dawniej zjawisko to nie zachodziło, bo akwen pokrywał lód. Szczyt miał miejsce w czerwcu, nawet 500% powyżej średniej 2003-2017.

Produktywność w oceanie
Stężenie chlorofilu A pozwala oszacować wielkość biomasy glonów morskich. Wskaźnik produkcji pierwotnej (produkcja węgla za pomocą fotosyntezy w oceanie) jest obliczana przez połączenie stężenia chlorofilu A z temperaturą wody, katem padania promieni słonecznych i stopniem mieszania wód.

Produktywność pierwotna w latach 2003-2018 od marca do września w dziewięciu rożnych regionach Arktyki i jej okolic, oraz średnia dla wszystkich regionów.

Szacunki dotyczące produktywności w wodach Arktyki dla dziewięciu regionów i średniej dla tych regionów wskazują na kontynuację trendu. W 2018 roku miała miejsce ponadprzeciętna produktywność w trzech z dziewięciu badanych regionów arktycznych wód, co przedstawia powyższe zestawienie wykresów. Wyraźny wzrost na przestrzeni lat miał miejsce w rosyjskich wodach Arktyki, Morzu Barentsa, Grenlandzkim i w północnym Atlantyku. Największy wzrost wystąpił w wodach Morza Barentsa, to 12,85 gramów węgla organicznego rocznie na metr kwadratowy, wzrost o 24,4% w całym okresie badawczym. 


Szkodliwe zakwity glonów
Wiemy, że wzrost temperatur oznacza ocieplanie się oceanów i szybsze topnienie lodu w Arktyce. Zaistniała sytuacja ma wielki wpływ na przyrodę, w tym życie morskie. Jedną z obserwowanych zmian są migracje. Zmianą, która niepokoi naukowców jest nie sytuacja niedźwiedzi polarnych a przypadku pojawiania się szkodliwych zakwitów glonów. Dane zebrane w ciągu ostatniej dekady pokazują, że mające toksyczne właściwości gatunki glonów są obecne w arktycznym środowisku morskim. Obecnych w ilościach uważanych za niebezpieczne dla tamtejszego życia morskiego. Naukowcy twierdzą, że problem ten w przyszłości się nasili.  

 Rozkład przestrzenny Alexandrium catenella w wodach Morza Czukockiego udokumentowany podczas badań w 2009 roku.

Naukowcy zaobserwowali obecność glonu Alexandrium catenella w wodach Morza Czukockiego. Pierwszy raz zaobserwowane te glony w 2009 roku. Te toksyczne glony, które są niebezpieczne dla człowieka zwykle występują u zachodnich wybrzeży Ameryki Północnej, Australii czy Japonii.  

Należy oczekiwać, że w przyszłości, w miarę ocieplenia się arktycznych wód, liczba takich organizmów jak Alexandrium catenella stanie się większa.


Na podstawie: Arctic Report Card 2018: Tundra Greenness, Arctic Ocean Primary Productivity