Крымские ученые по спутниковым измерениям обнаружили и исследовали ежегодное зимнее цветение особого вида фитопланктона в Черном море — кокколитофорид. Именно эти водоросли придают воде молочно-лазурный оттенок, а после цветения образуют на дне известковые отложения, из которых и состоит, например, школьный мел. Возможная причина кроется в действии интенсивных штормов. Действие сильных ветров помогает переносить питательные вещества из глубинных морских слоев в верхний освещенный, что и вызывает цветение. Исследование проводилось при поддержке грантов Российского научного фонда. Статья опубликована в Journal of Marine Systems.

«Наблюдаемое в последнее время изменение климата приводит к необходимости изучения процессов поглощения и выделения углекислого газа в атмосфере Земли. Образование кокколит существенно влияет на углеродный цикл в океане, преобразуя углекислый газ из атмосферы. Эти водоросли играют важную роль в транспорте неорганического углерода и образовании донных осадков, что приобретает особую значимость в связи с проблемой углекислотного загрязнения атмосферы», — заключила одна из авторов работы Елена Кубрякова, младший научный сотрудник Морского гидрофизического института РАН.

Одним из наиболее распространенных видов фитопланктона, обитающего в Черном море, являются кокколитофориды вида Emiliania huxley. Эти водоросли имеют важную особенность: они преобразуют углекислый газ в карбонат кальция, создавая вокруг себя скелет из известняковых пластин — кокколит. Этот процесс значительно влияет на баланс неорганического углерода, способствуя сокращению количества углекислого газа в атмосфере. После цветения — периода активного размножения водорослей — кокколиты оседают, образуя известковые отложения на дне океанов и морей, из которых впоследствии и состоит, например, школьный мел.

Несмотря на то, что размер водорослей составляет всего несколько микрометров, они изменяют оптические свойства вод, когда количество клеток во время цветений достигает нескольких миллионов в литре. В это время из-за сильного рассеяния света на кокколитах воды Черного моря приобретают красивый молочно-лазурный оттенок, что позволяет наблюдать за такими цветениями из космоса.

Наиболее сильные цветения кокколитофорид в различных регионах Мирового океана обычно наблюдаются летом. Поэтому до сих пор ученые фокусировались на исследовании механизмов, способствующих активному развитию кокколитофорид именно в теплый период года. Считается, что важным фактором, дающим преимущество кокколитофоридам по сравнению с другими водорослями, является наличие кокколитов, которые защищают клетку от воздействия интенсивной солнечной радиации.

Российские ученые из Морского гидрофизического института РАН (Севастополь), используя многолетние спутниковые измерения и данные погружающихся буев Bio-Argo с оптическими сенсорами, показали, что в Черном море сильные цветения кокколитофорид наблюдаются и в осенне-зимний период. Авторы соотнесли периоды активного размножения водорослей с условиями, которые могли на них повлиять: температура, плотность воды, скорость ветра и другие. Оказалось, что зимой резкий рост кокколитофорид обыкновенно наблюдается через 1-2 недели после интенсивных морских штормов. Действие сильных ветров способствует переносу питательных веществ из глубинных морских слоев в верхний освещенный, что и вызывает цветение.

Интересно, что высокая активность кокколитофорид наблюдается обыкновенно во время ослабления цветений других видов фитопланктона. Возможно, причина цветения кокколитофорид в холодный период года связана с особой структурой кокколит, которые могут выполнять роль фотонных кристаллов, позволяющих фокусировать свет в клетку в период низкой освещенности, а также с тем, что зоопланктон неохотно поедает эти водоросли.

Картинка 1. Emiliania huxleyi под микроскопом. Автор: Alison R. Taylor (University of North Carolina Wilmington Microscopy Facility)

Картинка 2. Изображение со спутника Sentinel-2: зимнее цветение кокколитофорид в восточной части Черного моря 21 января 2019 г.
Изображение обработано Алесей Медведевой (Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь)

Пресс-⁠служба Российского научного фонда