Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) является единственным наиболее мощным фактором годичной изменчивости климата на планете, и его влияние на мировые океаны глубоко. ENSO имеет две различные фазы: Эль-Ниньо, характеризующийся более теплыми, чем средние температуры поверхности моря в центральной и восточной части Тихого океана; и Ла-Нинья, которая приносит более холодные, чем средние температуры поверхности моря. Это не просто абстрактные климатические аномалии; они физически меняют морскую среду, вызывая каскадные эффекты, которые рябит от микроскопического фитопланктона до крупнейшего коммерческого рыболовства. Понимание того, как Эль-Ниньо и Ла-Нинья изменяют условия океана, имеет основополагающее значение для управления морскими экосистемами и человеческими сообществами, которые зависят от них.

Двигатель океана: как работает цикл ENSO

Чтобы понять биологические и экономические последствия ENSO, необходимо сначала понять основную механику нормального состояния Тихого океана. В нейтральных условиях сильные торговые ветры дуют с востока на запад через экваториальную часть Тихого океана. Эти ветры толкают теплые поверхностные воды в сторону западной части Тихого океана, создавая обширный бассейн теплых вод вблизи Индонезии и Австралии. Этот процесс заставляет более холодную, богатую питательными веществами воду хорошо подниматься из океанских глубин вдоль побережья Южной Америки и в экваториальной восточной части Тихого океана. Этот подъем холодной, богатой питательными веществами воды является основой одной из самых продуктивных морских экосистем в мире, поддерживая массовые популяции анчоусов, сардин и других кормовых рыб.

Распад Эль-Ниньо

Во время Эль-Ниньо торговые ветры значительно ослабевают. Это позволяет теплому бассейну воды, который обычно находится в западной части Тихого океана, выплескиваться на восток, распространяясь по всей экваториальной части Тихого океана. Углубление термоклина (граница между теплой поверхностной водой и холодной глубокой водой) в восточной части Тихого океана эффективно отключает питание, предотвращая перемешивание холодной, богатой питательными веществами воды на поверхность. Результатом является драматический сдвиг в экологии океана: первичная продуктивность рушится, и пищевая сеть начинает распутываться в том, что когда-то было высокопродуктивными водами.

Интенсификация Ла-Нинья

Ла-Нинья во многом противоположна. Торговые ветры усиливаются аномально, выталкивая еще более теплую воду в западную часть Тихого океана и усиливая подъем холодной воды в восточной части Тихого океана. Термоклиния становится более мелкой, а подъем питательных веществ становится более интенсивным. Хотя это может привести к буму биологической продуктивности в восточной части Тихого океана, это также может привести к необычно холодным и разрушительным условиям для морских видов, непривычных для них, изменяя миграционные модели и успех размножения.

Переписывая тепловую карту океана и питательный цикл

Наиболее непосредственным и измеримым воздействием ENSO является физическое преобразование температурного профиля океана, что имеет прямые последствия для распределения морских видов и наличия продовольствия.

Аномалии температуры поверхности моря

Определяющей чертой Эль-Ниньо является повсеместное потепление центральной и восточной части Тихого океана. Это тепло может быть достаточно экстремальным, чтобы вызвать повсеместное обесцвечивание кораллов на островах Тихого океана, от Кирибати до Галапагосских островов. Виды, привыкшие к более прохладным водам, такие как пингвин Гумбольдта или некоторые виды скальных рыб, могут найти свою среду обитания сжатой или устраненной. И наоборот, Ла-Нинья приносит более прохладные, чем в среднем, температуры поверхности моря, которые могут нарушить среду обитания тропических видов и расширить диапазон холодноводных видов дальше к экватору.

Обстановка, термоклина и питательная доступность

Производительность океана напрямую связана с доступностью питательных веществ, таких как азот и фосфор. Процесс апвеллинга приносит эти питательные вещества из глубокого океана на освещенную солнцем поверхность, где они питают рост фитопланктона. Во время Эль-Ниньо углубление термоклина в восточной части Тихого океана означает, что перенасыщенная вода теплее и намного беднее в питательных веществах. , основа морской пищевой сети, не материализуется. Концентрации хлорофилла, измеренные спутниками, резко падают. Это снижение первичной продуктивности является первым домино, которое падает, что приводит к нехватке продовольствия на каждом уровне пищевой цепи. Во время Ла-Нинья усиленное апвеллинг может перегружать эту производительность, приводя к одной из самых высоких биологических продуктивностей, наблюдаемых в океане.

Каскадные эффекты через сеть морской еды

Физические изменения, вызванные ENSO, создают каскад экологических воздействий, которые перемещаются вверх по пищевой сети, от первичных производителей до ведущих хищников. Эти эффекты варьируются в зависимости от региона и вида, но общая картина является одной из значительных разрушений и реорганизации.

Планктон и кормовая рыба

Воздействие на планктон формирует основу эффекта ENSO. При меньшем количестве фитопланктона популяции зоопланктона также снижаются. Это напрямую влияет на мелких, школьных кормовых рыб — таких как перуанские анчоусы (] Engraulis ringens и различные виды сардины, которые питаются ими. Во время Эль-Ниньо эти рыбы испытывают плохие условия питания, приводящие к снижению роста, снижению репродуктивного успеха и высокой смертности. Их популяции могут резко сокращаться, и их распределение часто меняется, когда они ищут более прохладные, более продуктивные воды. Некоторые запасы перемещаются на юг вдоль побережья, в то время как другие перемещаются дальше в море, с их обогащенным апвеллингом, часто позволяют популяциям кормовых рыб восстанавливаться и процветать.

Более высокие уровни трофики: морские птицы, млекопитающие и крупная рыба

Дистресс, испытываемый популяцией кормовых рыб, быстро возрастает до более высоких трофических уровней. Морские птицы особенно сильно страдают во время Эль-Ниньо. Такие виды, как синеногий буби, баклан Гуанай и пингвин Галапагосских островов, сильно зависят от обильных анчоусов и сардин. Когда эти рыбные запасы разрушаются или выходят из досягаемости, морские птицы часто покидают свои гнезда и птенцов, что приводит к катастрофическому провалу размножения и массовому вымиранию.

Морские млекопитающие, в том числе морские львы, морские котики и некоторые дельфины, также страдают от значительных последствий. Беременные самки и молодые щенки особенно уязвимы к голоду, когда их добыча становится дефицитной. Калифорнийские лежбища морских львов на Нормандских островах пережили много лет очень высокой смертности щенков во время сильных событий Эль-Ниньо.

Крупные хищные рыбы, такие как туна и бильфиш, подвергаются крупномасштабным сдвигам распределения. Тунец-скипджек, например, имеет тенденцию перемещаться на восток через Тихий океан во время Эль-Ниньо, следуя за более теплой водой. Этот сдвиг может полностью перерисовать рыболовные угодья для целых флотов, что приводит к политическим и экономическим конфликтам из-за доступа к рыболовству в различных исключительных экономических зонах (ИЭЗ).

Коралловые рифы и прибрежные места обитания

Термический стресс от Эль-Ниньо является основным фактором глобального обесцвечивания кораллов. Когда температура океана превышает нормальный летний максимум всего на несколько градусов, кораллы вытесняют симбиотические водоросли (зооксантеллы), живущие в их тканях, превращая их в белые. Длительное или сильное обесцвечивание может привести к широко распространенной гибели кораллов, разрушая сложную структуру среды обитания, которая поддерживает невероятное разнообразие морской жизни. Например, Эль-Ниньо 2015-2016 годов вызвало глобальное обесцвечивание кораллов, которое затронуло рифы от Гавайев до Большого Барьерного рифа, что иногда может предложить отсрочку от теплового стресса, но его усиленные штормы могут нанести физический ущерб структурам рифов.

Влияние ENSO на рыболовство в мире

Биологические нарушения, вызванные ENSO, имеют прямые и часто серьезные экономические последствия для мирового рыболовства. Сдвиг рыбных запасов, колебания уровня улова и весь экономический расчет сезона рыболовства могут быть перевернуты. Понимание этих последствий имеет решающее значение для установления устойчивых пределов улова и обеспечения долгосрочного здоровья популяций рыб.

Перуанский анчоус: бум и густой рыболовный промысел

Перуанское анчоусное рыболовство является крупнейшим в мире одновидовым рыболовством по объему, и оно гиперчувствительно к циклу ENSO. Эта небольшая, недолговечная рыба процветает в холодных, богатых питательными веществами водах течения Гумбольдта. Во время событий Эль-Ниньо запасы могут впечатляюще рухнуть. Эль-Ниньо 1972-73 годов в сочетании с чрезмерным выловом рыбы привело к драматическому краху анчоусного запаса, уничтожив перуанскую рыбную промышленность и отправив ударные волны через глобальный рынок рыбной муки. Это событие служит классическим примером неправильного управления рыболовством и опасности игнорирования экологических сигналов. Сегодня перуанские рыболовные менеджеры используют прогнозы ENSO для установления более осторожных квот, но индустрия остается во власти климатического цикла. Во время Ла-Нинья запасы анчоусов обычно быстро восстанавливаются, что делает их устойчивым, если не летучим, ресурсом.

Тихоокеанский лосось и речная океаническая связь

Лосось анадромный, то есть они живут в океане, но возвращаются к пресноводным потокам, чтобы нереститься. Их выживание в океанской фазе сильно зависит от условий океана. Для запасов лосося вдоль западного побережья Соединенных Штатов и Канады, часто связана с циклом ENSO. Эль-Ниньо приносит теплые, бедные питательными веществами условия, которые снижают выживаемость несовершеннолетнего лосося, когда они входят в океан, что приводит к плохой взрослой доходности годы спустя. Ла-Нинья, с ее более прохладными, более продуктивными водами, обычно создает благоприятные условия для роста и выживания лосося. Например, Эль-Ниньо 1997-98 годов был связан с плохой доходностью для многих запасов лосося, в то время как последующая 1999-2001 годы Ла-Нинья способствовала гораздо более сильной доходности. Эта изменчивость представляет собой серьезную проблему для менеджеров рыболовства, пытающихся предсказать размеры пробега и установить устойчивые уровни урожая для коммерческого, рекреационного и племенного рыболовства.

Рыболовство тунца в меняющемся океане

Распределение коммерчески ценных видов тунца — скипджек, желто-перстянка и бигхей — тесно связано с температурой океана и глубиной термоклина. Во время Эль-Ниньо теплый бассейн расширяется на восток, перемещая центр биомассы тунца в центральную часть Тихого океана. Это приносит пользу островным странам, таким как Кирибати и Тувалу, у которых есть большие ИЭЗ в этом регионе. И наоборот, во время Ла-Нинья биомасса тунца смещается обратно в западную часть Тихого океана, отдавая предпочтение таким странам, как Папуа-Новая Гвинея, Индонезия и Филиппины. Это колебание создает значительные проблемы для региональных рыбохозяйственных организаций (РРХО), поскольку распределение квот на рыболовство становится политически заряженной проблемой, которая в значительной степени зависит от фазы цикла ENSO.

Управление рыболовством в эпоху изменчивости климата

Врожденная изменчивость цикла ENSO заставляет менеджеров рыболовства отойти от статических моделей управления. Квота, которая является устойчивой во время продуктивной Ла-Нинья, может быть разрушительной во время Эль-Ниньо. В результате наблюдается растущий толчок к динамическому управлению океаном и стратегиям, учитывающим климат.

Прогнозы ENSO, подготовленные такими центрами, как Центр прогнозирования климата NOAA, в настоящее время являются стандартным инструментом во многих рыболовных хозяйствах. Менеджеры могут смотреть на прогноз сильного Эль-Ниньо и активно снижать лимиты улова для уязвимых видов, близких к рыболовству районов или корректировать сезонные закрытия для защиты нерестилищных агрегации. Например, менеджеры тихоокеанского рыболовства с западного побережья США используют экологические условия для корректировки своих оценок запасов и рекомендаций по вылову. Способность прогнозировать и адаптироваться к изменениям, вызванным ENSO, становится важной формой управления рыболовством на основе риска .

Кроме того, создание хорошо спроектированных морских охраняемых районов (МОР) может выступать в качестве буфера против некоторых из худших последствий Эль-Ниньо. Защищая сеть мест обитания, МОР могут помочь обеспечить наличие популяций рыб и беспозвоночных, которые могут повторно заселить районы, подверженные тепловому стрессу или низкой производительности.

ENSO и общая угроза изменения климата

Будущее взаимодействия ENSO с морской жизнью пишется в контексте глобального изменения климата. Вопрос, который задает каждый морской ученый: Как изменение климата изменит интенсивность и частоту событий Эль-Ниньо и Ла-Нинья?

Климатические модели не полностью согласуются, но есть данные, свидетельствующие о том, что воздействие событий ENSO будет усиливаться в более теплом мире. «супер Эль-Ниньо» на вершине уже теплого океана выталкивает температуры за критические пороги, приводя к более экстремальному обесцвечиванию кораллов и большему стрессу для морских организмов. Базовая температура океана повышается, а это означает, что даже умеренный Эль-Ниньо может теперь вызывать вид теплового стресса, который когда-то был связан только с очень сильными событиями. Аналогичным образом, морские тепловые волны (длительные периоды чрезвычайно теплых температур океана) становятся все более частыми и интенсивными, и они часто сосуществуют с Эль-Ниньо.

Изменение климата также угрожает стабильности систем апвеллинга. В то время как некоторые модели предполагают, что условия, подобные Ла-Нинья, могут привести к более сильному апвеллингу в некоторых регионах, этот апвеллинг может принести более теплую, менее насыщенную кислородом и более кислую воду, предлагая меньше преимуществ для морской жизни. Синергетические эффекты окисления океана, дезоксигенации и теплового стресса, вызванного ENSO, представляют собой серьезную проблему для устойчивости морских экосистем и рыболовства, которое они поддерживают.

Вывод: адаптация к изменчивому океану

Истории Эль-Ниньо и Ла-Нинья в конечном счете являются историями глубокой взаимосвязанности. Ослабление торговых ветров в одной части Тихого океана посылает ударную волну по всей глобальной экосистеме, разрушая запасы анчоусов, морская пучина, перемещая флот тунца и отбеливая коралловые рифы за тысячи миль. Для рыболовных сообществ, которые зависят от этих ресурсов, понимание и адаптация к циклу ENSO не является академическим упражнением - это важно для их экономического выживания и глобальной продовольственной безопасности.

Инвестируя в системы наблюдения за океаном, улучшая прогнозирование климата и реализуя гибкие, научно обоснованные стратегии управления, мы можем построить более устойчивое будущее как для наших океанских экосистем, так и для человеческих обществ, которые на них полагаются. Океан не является статической средой; он колеблется дико. Наш подход к управлению его ресурсами должен быть одинаково динамичным.