Неравномерное нагревание рек способно разделять прежде связанную среду обитания пресноводных рыб даже там, где нет плотин и других физических преград. Перегретые участки русла становятся температурными барьерами, затрудняющими перемещение между местами размножения, кормления и сезонными убежищами. К такому выводу пришли авторы исследования, опубликованного 24 августа в журнале Nature Climate Change.
Работу провела международная группа учёных из Южного университета науки и технологий в Шэньчжэне, Лидского и Лейденского университетов, а также ряда китайских исследовательских центров. Ведущим автором стал Хун Ван из Южного университета науки и технологий и Лидского университета.
Исследователи сопоставили строение речных сетей, сведения о распространении 9809 видов пресноводных рыб и еженедельные значения температуры воды за период с 1976 по 2099 год. Будущие изменения рассчитывались на основе пяти глобальных климатических моделей при разных сценариях выбросов.
Для каждого вида учёные определили собственный температурный порог, исходя из наиболее высоких недельных температур в пределах его современного ареала в 1976–2005 годах. Этот показатель отражает не абсолютный предел выносливости организма, а верхнюю границу температур, при которых вид встречается в настоящее время.
Экстремальным считался период, когда средняя температура воды превышала этот порог не менее трёх недель подряд. Длительное воздействие фиксировали в тех случаях, когда подобные эпизоды повторялись ежегодно на протяжении как минимум пяти лет.
При сценарии высоких выбросов RCP8.5 к концу столетия продолжительное воздействие ранее нехарактерных температур может возникнуть в 63% изученных сообществ рыб. При промежуточном сценарии RCP4.5 их доля составляет 38%, при сценарии низких выбросов RCP2.6 — 25%.
При этом последствия потепления будут развиваться неравномерно. Во многих речных сообществах длительный период относительной стабильности может смениться быстрым ростом числа видов, оказавшихся за пределами привычных температурных условий. При RCP8.5 в среднем 64% всех видов, которые до конца века столкнутся с продолжительным перегревом, впервые испытают его в течение одного десятилетия наиболее резких изменений.
Авторы объясняют такой эффект близостью температурных границ у видов, обитающих совместно. Пока вода остаётся немного холоднее этих значений, состав сообщества может сохраняться. После пересечения сразу нескольких порогов воздействие быстро распространяется на значительную часть видов, создавая температурный шок для всей экосистемы.
Отдельно учёные оценили температурную фрагментацию речной среды. В отличие от плотины, такой барьер не перекрывает русло физически. Однако прохождение через чрезмерно тёплый участок требует от рыбы повышенных затрат энергии: температура ускоряет обмен веществ, увеличивает потребность организма в кислороде и сокращает время, которое он может провести в неблагоприятной воде.
Чем сильнее превышен температурный порог и чем длиннее нагретый участок, тем труднее рыбе добраться до подходящего притока, нерестилища или холодного убежища. В результате единая речная система распадается для конкретного вида на отдельные пригодные для обитания фрагменты.
Для оценки этого процесса авторы ввели показатель TFE — воздействие температурной фрагментации. При высокоэмиссионном сценарии доля видов, для которых его усиление превышает условный уровень высокого риска в 20%, возрастает с 7% в 2020-х годах до 40% в 2050-х и 81% в 2080-х.
При сценарии низких выбросов рост значительно меньше: соответствующие значения составляют 5%, 13% и 12%. Таким образом, сокращение выбросов способно существенно замедлить формирование температурных барьеров и сохранить доступ рыб к холодноводным участкам.
Порог в 20% не означает неизбежного исчезновения вида. Исследователи используют его как индикатор сильного ухудшения температурной связности по сравнению с историческим периодом. Реальные последствия будут зависеть от физиологии рыбы, скорости течения, содержания растворённого кислорода, наличия холодных притоков и возможности обойти перегретый участок.
Характер угроз различается по климатическим зонам. В тропических реках перегрев может одновременно затронуть большую долю видов, поскольку многие из них приспособлены к узкому диапазону температур. В более высоких широтах доля уязвимых видов ниже, однако отдельные экстремальные эпизоды могут быть значительно интенсивнее.
При RCP8.5 к 2090-м годам высокая интенсивность температурного воздействия прогнозируется для 54% сообществ за пределами тропиков и для 30% тропических сообществ. Особенно уязвимыми могут оказаться холодноводные виды, которым для выживания необходим постоянный доступ к прохладным притокам, глубоким участкам русла и зонам выхода подземных вод.
Плотины и водохранилища способны дополнительно менять температурную связность рек. В одних случаях замедление течения и прогрев воды усиливают барьер, в других — сброс холодной воды из глубоких слоёв водохранилища создаёт более благоприятные условия ниже по течению. Глобальная модель подробно не воспроизводила работу отдельных гидротехнических сооружений.
Исследование также не учитывает способность рыб приспосабливаться к новым условиям в течение жизни или нескольких поколений, возможные эволюционные изменения и различия между видами в дальности перемещения. Не моделировалось и фактическое смещение ареалов: некоторые виды смогут осваивать более холодные участки выше по течению, если пути к ним останутся доступными.
Температурные пороги основаны на современных ареалах и могут не совпадать с реальными физиологическими пределами рыб. Особенно велика эта неопределённость для малоизученных видов с небольшим ареалом.
Авторы отдельно отмечают, что используемые сведения недооценивают видовое разнообразие Северной Азии. Поэтому результаты нельзя напрямую переводить в число уязвимых российских видов или использовать для определения точных сроков изменений в Волге, Оби, Енисее, Лене и других речных бассейнах.
Полученные данные указывают на необходимость сохранять не только отдельные холодноводные участки, но и доступные маршруты между ними. Ключевое значение могут иметь холодные притоки, глубокие участки русла и зоны выхода подземных вод, позволяющие рыбам переживать периоды экстремального нагрева.
