Dalam beberapa dekad kebelakangan ini, jumlah fitoplankton di tasik planet telah meningkat dengan ketara, yang sering dikaitkan dengan pemanasan global. Para saintis dari Pusat Sains Kola Akademi Sains Rusia mengkaji diatom dari tasik Norwegia Rabbvatnet dan mengenal pasti kemungkinan sebab lain untuk perubahan bilangan mereka.
Diatom adalah organisma uniselular yang dikelilingi oleh cangkang silika (silikon oksida). Sifat khas cangkang ini, yang dirancang untuk menangkap fluks bercahaya, digunakan, khususnya, untuk penghasilan sel suria. Keupayaan diatom untuk mensintesis bahan bukan organik membolehkannya digunakan dalam penciptaan semikonduktor dan biokomposit ultra kuat.
Sukar untuk melebih-lebihkan kepentingan diatom dalam rantai makanan ekosistem akuatik dan pembentukan komposisi atmosfer bumi: mereka mendiami hampir semua badan air Bumi. Dalam proses fotosintesis, diatom menghasilkan hampir seperempat dari semua oksigen atmosfera dan mengikat hingga empat puluh persen karbon organik.
Kejadian diatom yang sangat meluas ditambah dengan hipersensitiviti terhadap perubahan persekitaran. Sebarang perubahan suhu dan kandungan kekotoran dalam air, sinaran matahari dan parameter lain menyebabkan perubahan komposisi spesies.
Cangkang silika alga mati menetap di bahagian bawah dan dipelihara dengan sempurna selama bertahun-tahun. Dengan menghubungkan habitat pilihan spesies alga tertentu dan jumlahnya dalam sedimen dasar, analisis diatom dapat digunakan untuk membina semula perubahan iklim dan kualiti persekitaran.
Kakitangan Institut Ekologi Industri di Utara Pusat Sains Kola melakukan analisis diatom terhadap tasik subarctic Rabbvatnet (utara Norway) untuk tempoh 1895 hingga 2012. Data yang diperoleh dalam analisis komposisi spesies sedimen dasar dibandingkan dengan kronologi cincin-pohon di wilayah Murmansk dan maklumat dari stesen meteorologi Vardo.
Sejak tahun 1940-an, tasik yang terletak di zon sempadan dengan Rusia telah dipengaruhi oleh pelepasan sulfur dioksida di atmosfera dan kilang Pechenganikel yang berat. Kepekatan logam berat tertinggi dalam sedimen tasik sejak tahun 1970-an-1980 dikaitkan dengan permulaan pemprosesan bijih Norilsk dengan kandungan sulfur yang tinggi. Jika dibandingkan dengan periode ini, pelepasan SO2 kini telah menurun empat kali.
Analisis sedimen dasar menunjukkan bahawa perubahan ketara dalam komposisi dan kelimpahan kompleks diatom tasik merupakan ciri separuh kedua abad ke-20. Data meteorologi menunjukkan kecenderungan suhu udara meningkat dari tahun 1895 hingga 2012 pada kadar yang hampir sama hingga 0, 012 darjah setahun. Dalam dekad terakhir, kadar kenaikan suhu berbeza-beza bergantung pada musim: pada musim luruh pemanasan adalah yang paling sengit, pada musim bunga paling sedikit. Pada musim panas, suhu rata-rata telah menurun sejak sepuluh tahun kebelakangan.
Peningkatan suhu permukaan tasik dalam beberapa dekad kebelakangan ini jauh melebihi kenaikan suhu udara. Hipotesis yang diterima umum adalah bahawa pelepasan karbon dioksida antropogenik disalahkan kerana pemanasan udara. Walau bagaimanapun, peningkatan kepekatannya di atmosfera kerana proses pertukaran antara atmosfera dan lautan dapat melebihi semua yang dihasilkan oleh manusia, dan diatom memainkan peranan penting dalam proses pertukaran karbon dan pemindahan karbon ke lapisan dalam lautan.
Perubahan sinaran suria setanding dengan pengaruh karbon dioksida pada suhu udara. Mereka dapat menjelaskan hingga separuh pemanasan pada abad kedua puluh dan hingga 35 persen kenaikan suhu sejak 1980-an. Sekiranya kita mengambil kira kesan tidak langsung (sinar kosmik pada penutup awan, dan sinaran ultraviolet pada komposisi kimia atmosfera dan lapisan ozon), maka sumbangan aktiviti solar terhadap perubahan iklim akan meningkat.
Puncak suhu di kawasan kajian dicatat lebih awal daripada jumlah diatom mulai meningkat. Biasanya, peningkatan suhu air menyebabkan stratifikasi termal badan air dan menyebabkan kemunculan diatom kecil, misalnya, genus Cyclotella. Walau bagaimanapun, dalam beberapa dekad kebelakangan ini, jumlah wakil genus ini telah menurun, sementara jumlah diatom yang lebih besar, misalnya, Aulacoseira alpigena, telah meningkat.
Ciri-ciri masyarakat diatom dapat berubah bukan hanya karena pemanasan atau penyejukan, tetapi juga karena perubahan pH dan kandungan nutrien, serta pencemaran. Walau bagaimanapun, kajian menunjukkan bahawa parameter ini tidak berubah selama tempoh kajian atau tidak berubah dengan ketara.
Sejak tahun 1920-an, kepekatan fosfor, yang membatasi pertumbuhan diatom, di air tasik secara beransur-ansur menurun, tetapi secara umum tetap khas danau Arktik. Nilai pH sepanjang masa yang dikaji bervariasi dari 7 hingga 7.05, yang menunjukkan status air yang netral. Bahkan pelepasan sebatian sulfur yang signifikan oleh perusahaan Pechenganikel pada separuh kedua abad ke-20 tidak menimbulkan lebih banyak latar belakang semula jadi.
Mekar musim bunga di bawah penutup es tasik Artik menunjukkan bahawa suhu rendah tidak menghalang pertumbuhan fitoplankton. Sinaran suria memainkan peranan besar dalam bioproduktiviti diatom. Pengaruh ini dapat dilihat terutamanya pada garis lintang tinggi. Untuk fotosintesis, keadaan pencahayaan sangat penting - sinaran matahari dari spektrum yang dapat dilihat, jangka masa, ketelusan air, dan keruh. Awan di atas tasik yang diliputi ais dapat meningkatkan dos sinaran suria dengan ketara melalui beberapa penyerakan.
Sebilangan besar diatom mempunyai puncak penyerapan solar dalam jarak panjang gelombang sekitar 400 nanometer (cahaya biru) dan 680-750 nanometer (dekat sinaran inframerah dan inframerah). Fitoplankton dipengaruhi secara negatif oleh sinaran UV-B (280-315 nanometer), yang diserap dengan baik oleh ozon atmosfera. Pada dekad terakhir abad yang lalu, penurunan ketara dalam kandungan ozon atmosfera diperhatikan, disertai dengan penurunan jumlah keseluruhan komuniti diatom Lake Rabbvatnet. Para saintis di Pusat Sains Kola percaya bahawa penurunan ini disebabkan oleh kesan merosakkan sinaran UV-B.
Maksimum jumlah kelimpahan diatom pada tahun 1965 dan 1980 bertepatan dengan pertumbuhan maksimum cincin pohon di Semenanjung Kola. Semasa mengkaji lebar cincin pokok, didapati bahawa sinaran matahari spektral adalah salah satu agen solar utama yang mempengaruhi pertumbuhan pokok di Lingkaran Artik.
Pengukuran langsung di atas satelit Eksperimen Sinaran dan Iklim Suria menunjukkan: dari tahun 2004 hingga 2007, dengan latar belakang penurunan kitaran solar sebelas tahun, perubahan radiasi matahari dalam julat spektrum yang dapat dilihat dan inframerah bertentangan dengan variasi UV julat dan sinaran matahari terpadu, iaitu, dengan latar belakang penurunan aktiviti suria secara umum, fluks sinaran suria yang diperhatikan dalam julat yang kelihatan meningkat. Perubahan yang diamati dalam fluks FID dalam julat spektrum ini boleh menjadi signifikan bagi komposisi dan suhu atmosfera.
Penulis menyimpulkan bahawa peningkatan jumlah diatom di Tasik Rabbvatnet dan tasik Artik lain terutama tidak berkaitan dengan suhu udara, tetapi dengan peningkatan fluks solar aktif secara fotosintetik yang direkodkan oleh pengukuran SORCE. Walau bagaimanapun, mustahil untuk mengecualikan pengaruh faktor lain (termasuk perubahan suhu air). Adalah perlu untuk melakukan kajian lebih lanjut mengenai komuniti diatom di tasik Artik, kerana ini akan membuka aspek baru penggunaan diatom dalam paleoklimatologi.