NOAA Arctic Report Card 2021 cz. 5

Roślinność w Arktyce

Najważniejsze dane:

• Rok 2021 kontynuował trend ostatnich lat z wyjątkowo wysoką produktywnością tundry w środku lata, czyli  jej wzmożoną wegetatywnością.
• Pięć najwyższych pomiarów stopnia zazielenienia tundry w długoterminowym zapisie satelitarnym (1982-2020) zostało zarejestrowanych w ciągu ostatnich 10 lat.
• Satelity dostarczają jednoznacznych dowodów na powszechne zazielenianie się tundry, ale zdarzenia ekstremalne i inne czynniki powodujące "zazielenianie" na skalę lokalną również stały się częstsze, uwypuklając zmienność regionalną jako rosnący element zmian w Arktyce.
  

Roślinność, oraz wegetacja tundry dynamicznie reagują 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. Poniżej przedstawione są dane pomiarowe od 1982 roku przez Zaawansowany Radiometr Bardzo Wysokiej Rozdzielczości (AVHRR), i od 2000 roku przez Spektroradiometr Obrazowania Umiarkowanej Rozdzielczości (MODIS).

Okołoarktyczne trendy (% zmian MaxNDVI): a) dla 39-letniego okresu 1982-2020. Minimalny zasięg lodu morskiego w 2020 r. oznaczono jasnym cieniowaniem. b) dla 22-letniego okresu 2000-21. Minimalny zasięg lodu morskiego w 2021 r. jest zaznaczony jasnym cieniowaniem.   

Pomiary satelitarne prowadzone od dłuższego już czasu pokazują, że poziom wegetatywności tundry wzrósł. Kilka regionów Arktyki wykazuje szczególnie silne trendy, zarówno od 1982 roku, jak i licząc od 2000. W Ameryce Północnej, zazielenianie było najsilniejsze w północnej części Alaski i w kontynentalnej części Kanady, podczas gdy brak zmian a także ujemny proces ("brązowienie") widoczne są w części kanadyjskiego Archipelagu Arktycznego i południowo-zachodniej Alaski. 

W Eurazji silne zazielenienie wystąpiło na rosyjskim Dalekim Wschodzie (Czukotka), natomiast brązowienie jest widoczne w sektorze wschodniosyberyjskim i na części półwyspu Tajmyr. Trendy w północno-zachodniej Syberii i europejskiej Arktyce dostarczają mieszanych sygnałów, co może wynikać z różnych okresów w obu pomiarach satelitarnych. Regionalne kontrasty w wegetatywności podkreślają złożoność zmian w Arktyce oraz bogatą sieć interakcji, które istnieją między ekosystemami tundry a lokalnymi właściwościami lodu morskiego, wiecznej zmarzliny, sezonowego śniegu, składu i wilgotności gleby, procesów zaburzeń, dzikiej fauny i flory oraz działalności człowieka.

 

Zmiany MaxNDVI dla poszczególnych pomiarów i regionów: MODIS MCD43A4 (2000-21) dla części euroazjatyckiej (na czerwono), Ameryki Północnej (na niebiesko) i Arktyki okołobiegunowej (na czarno) oraz z długoterminowego zestawu danych AVHRR GIMMS-3g+ (1982-2020) dla Arktyki okołobiegunowej (na szaro).

W 2020 roku - najnowszym roku z obserwacjami z AVHRR i MODIS - oba czujniki zaobserwowały rekordowo wysokie wartości MaxNDVI dla Eurazji, Ameryki Północnej i całego regionu okołobiegunowego, przy rekordowo wysokich temperaturach w Arktyce i niezwykle małym obszarze pokrywy śnieżnej w tym roku. W 2021 roku obserwowana przez MODIS okołobiegunowa wartość MaxNDVI spadła o 2,7% w stosunku do roku poprzedniego, ale nadal była drugą najwyższą wartością w 22-letniej historii pomiarów przez tego satelitę. Ponadto ogólny trend obserwowanej przez MODIS okołobiegunowej wartości MaxNDVI jest silnie dodatni, a wartości okołobiegunowe przekroczyły średnią z 22 lat w 11 z ostatnich 12 sezonów wegetacyjnych. Zapis AVHRR również wskazuje na rosnącą średnią roczną okołobiegunową MaxNDVI zarówno dla pełnego zapisu (1982-2020), jak i dla okresu nakładania się z MODIS (2000-20). 

 

Produktywność Oceanu Arktycznego

Najważniejsze dane:

• Satelitarne pomiary dotyczące produktywności pierwotnej oceanu (tj. tempa, w jakim glony morskie przekształcają rozpuszczony węgiel nieorganiczny w materię organiczną) wykazały wyższe wartości w roku 2021 (w stosunku do średniej z lat 2003-20) w siedmiu z dziewięciu badanych regionów Arktyki.
• Wszystkie regiony nadal wykazują pozytywne trendy w okresie 2003-21, z najsilniejszymi trendami w euroazjatyckiej części Arktyki i na Morzu Barentsa.
• W maju 2021 roku region o długości ~1700 km od Morza Grenlandzkiego na zachodzie do wschodniej granicy Morza Barentsa wykazywał znacznie niższe (10-20%) stężenia chlorofilu-a w porównaniu z tym samym miesiącem średniej wieloletniej (2003-20), co prawdopodobnie wiąże się z niższymi niż średnie temperaturami powierzchni morza.

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 takich jak plankton. 

Występowanie chlorofilu w Oceanie Arktycznym
Poniższe zestawienie map pokazuje rozkład odchyleń stężenia chlorofilu A (organiczny związek chemiczny z grupy chlorofili) w 2021 roku dla poszczególnych miesięcy.

Średnie w skali danego miesiąca stężenie chlorofilu-a w 2021 roku dla maja, czerwca, lipca i sierpnia. Stężenie wyrażone jest jako procent od średniej z lat 2003-2020. MODIS-Aqua Reprocessing 2018.0, OCx algorithm 

Niektóre z najbardziej godnych uwagi wzorców w 2021 roku wystąpiły na Morzu Barentsa, z szeroko rozpowszechnionymi niższymi niż średnie stężeniami chlorofilu-a w maju i kilkoma obszarami wyższych niż średnie stężeń w czerwcu i lipcu, związanych ze stosunkowo niskimi temperaturami powierzchni morza w całym regionie w maju, które mogły opóźnić wiosenny zakwit fitoplanktonu. W szczególności, ten regionalny niski poziom stężenia chlorofilu-a w maju rozciągał się na długości ~1700 km od Morza Grenlandzkiego na zachodzie do wschodniej granicy Morza Barentsa. Słaba produktywność miała miejsce też w północnej części Morza Beringa w maju i czerwcu  w połączeniu z ponadprzeciętną pokrywą lodu morskiego (mapy odchyleń koncentracji lodu poniżej), jak i również w lipcu i sierpniu w przypadku Morza Karskiego. 

Odchylenia koncentracji lodu morskiego (%) w 2021 roku względem okresu 2003-2020 dla maja, czerwca, lipca i sierpnia. SSM/I, SSMIS, Goddard Bootstrap (SB2)

Wyższe od przeciętnych stężenia chlorofilu-a występowały na Morzu Barentsa w czerwcu i lipcu (jak wspomniano powyżej), także na Morzu Łaptiewów, Baffina i na Grenlandzkim w lipcu i sierpniu; oraz w północnej części Morza Beringa w sierpniu. Wiele z tych obserwowanych wzorców w stężeniach chlorofilu-a jest bezpośrednio związanych ze zmiennością lodu morskiego (a zatem dostępnością światła). W grę wchodzą również inne ważne czynniki, które zwiększają złożoność obserwowanych stężeń chlorofilu-a, takie jak temperatury wody, dystrybucja i dostępność składników odżywczych oraz zasolenie powierzchni morza.

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 2003-2021 od marca do września w dziewięciu rożnych regionach Arktyki i jej okolic, oraz średnia dla wszystkich regionów.  

Pomiary wskazują na ponadprzeciętną produktywność pierwotną dla 2021 roku w siedmiu z dziewięciu badanych regionów; jedynie Morze Barentsa i Grenlandzkie wykazują wartości niższe od przeciętnej. W całej historii pomiarów dodatnie trendy w produktywności pierwotnej wystąpiły we wszystkich regionach w okresie 2003-21. Najsilniejsze trendy w okresie 2003-21 wystąpiły w euroazjatyckiej części Arktyki (ogólny wzrost o ~59,5%) i na Morzu Barentsa (ogólny wzrost o ~24,0%). Tabela obok (kliknij, aby powiększyć) pokazuje rozpisane wartości. Podsumowując, cały region doświadcza zwiększającej się produktywności pierwotnej. Należy oczekiwać, że w kolejnych latach coraz więcej wód arktycznych będzie podlegać biologicznym zmianom wraz z zanikiem lodu morskiego. 

Inwazja bobrów

Najważniejsze dane:

• Najnowsze zdjęcia satelitarne i starsze fotografie lotnicze pokazują, że północnoamerykańskie bobry (Castor canadensis) kolonizują arktyczną tundrę Alaski.Na zachodzie regionu naliczono do tej pory ponad 12 tysięcy stawów, co oznacza podwojenie ich liczby od 2000 roku.
• W Kanadzie trwa mapowanie stawów bobrowych, uzupełniane przez rozproszone obserwacje ostatnich zmian. Bobry euroazjatyckie (C. fiber) odradzają się w Azji, ale w większości miejsc pozostają na południe od arktycznej tundry.
• Arktyczna Sieć Obserwacyjna Bobrów została utworzona w 2020 roku, aby pomóc w integracji, kierowaniu i rozpowszechnianiu informacji dotyczących ekspansji zasięgu bobrów w regiony tundry oraz implikacji dla ekosystemów i zasobów.

W latach 2003-2016 radykalnie zmieniły niektóre małe rzeki na Alasce. Zdjęcia pokazują przykład jednego z cieków wodnych na Półwyspie Sewarda w zachodniej Alasce. Powiększone czarne obszary to nowe stawy bobrowe, niebieska strzałka pokazuje kierunek przepływu, a różowe strzałki oznaczają tamy. Zdjęcie satelitarne Ikonos: 6 sierpnia 2003, zdjęcie satelitarne Worldview: 10 czerwca 2016, 64° 33.52'N, 165° 50.12'W.

W ciągu ostatnich kilku dekad mieszkańcy odległych społeczności Alaski zaobserwowali napływ bobrów. Potwierdzają to zdjęcia satelitarne. Od początku tego wieku nastąpiło podwojenie stawów, które powstały na skutek działania tych zwierząt. Bobry kontrolują wzrost wód powierzchniowych, co wpływa na leżącą pod nimi zmarzlinę. Obecnie trwają prace terenowe mające na celu scharakteryzowanie wpływu stawów bobrowych na wodne i lądowe ekosystemy Arktyki, począwszy od hydrologii i wiecznej zmarzliny, a skończywszy na emisjach metanu, zmianach w populacji ryb i wodnym łańcuchu pokarmowym. W wyniku tych działań większość pytań dotyczących "inżynierii bobrowej" w Arktyce jest obecnie badana, ale pozostaje bez odpowiedzi. W celu skoordynowania badań i działań zainteresowanych podmiotów w regionie okołobiegunowym, w 2020 roku utworzono Arktyczną Sieć Obserwacyjną Bobrów (A-BON), a obecnie trwają prace nad syntezą, której celem jest zidentyfikowanie luk w wiedzy oraz wspieranie integracji różnych podejść i perspektyw.

Na podstawie: Arctic Report Card 2021: Tundra Greenness, Arctic Ocean Primary Productivity, Beaver Engineering: Tracking a New Disturbance in the Arctic