Zmiana klimatu wpływa na algi w Arktyce, a algi wpływają na zmianę klimatu

Arktyka ogrzewa się niemal cztery razy szybciej niż reszta świata. Przyczynia się do tego zjawisko zwane arktycznym wzmocnieniem . Polega ono na tym, że procesy zachodzące globalnie – czyli wzrost średniej temperatury – wywołują w Arktyce zjawiska, które dodatkowo ją ocieplają.

Gdy jasny lód morski topnieje przez globalne ocieplenie, odsłania on ciemną powierzchnię oceanu, zmniejszając albedo planety, czyli zdolność do odbijania promieni słonecznych. Im dana powierzchnia ma niższe albedo – czyli ma ciemniejszy kolor – tym więcej energii słonecznej pochłania. Przez to lokalny wzrost temperatury jest jeszcze szybszy, co z kolei prowadzi do intensywniejszego topnienia lodu morskiego itd.

Czasy całorocznego lodu morskiego w niektórych rejonach Arktyki przemijają i zaczynamy mieć do czynienia z lodem sezonowym. Lód arktyczny swój minimalny zasięg osiąga każdego roku we wrześniu. Jak wskazują%20each%20September.) dane The National Aeronautics and Space Administration (NASA), zasięg arktycznego lodu morskiego latem zmniejsza się w tempie ponad 12 proc. na dekadę w porównaniu z zasięgiem w okresie 1981-2010, odkąd w 1979 r. rozpoczęto pomiary satelitarne. Według The National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) lód, który pozostaje na cały rok, jest cieńszy i bardziej kruchy niż wcześniej. W zimowym maksimum w marcu 1985 r. stary, gruby lód stanowił jedną trzecią pokrywy lodowej Oceanu Arktycznego. W marcu 2020 r. stanowił mniej niż 5 proc.

Ogrzewaniu się Arktyki sprzyjają też wzorce globalnej cyrkulacji atmosferycznej. W rejonie podbiegunowym konwekcja – unoszenie się ciepłego powietrza – zachodzi wolniej niż przy równiku. W rejonie okołorównikowym dobrze działa system chłodzący – gorące i wilgotne masy powietrza unoszą się do góry, co powoduje burze, a jeszcze wyżej są „przeganiane” przez wiatry w stronę biegunów, dodatkowo je ogrzewając.

Co więcej, arktyczne wzmocnienie wpływa na zakwity alg, które z kolei przyspieszają ocieplenie tego regionu. Ciemniejsze algi zmniejszają albedo planety w porównaniu z jaśniejszym lodem morskim. Zanikający i coraz cieńszy, pozbawiony pokrywy śnieżnej morski lód arktyczny – w któego dolnych warstwach rozwijają się algi – sprawia, że do wody dociera więcej światła. Przez to zmienia się cały morski ekosystem, którego podstawą są właśnie algi – żywi się nimi zooplankton, który z kolei stanowi pokarm dla ryb, zjadanych następnie np. przez ssaki.

Autorzy badania opublikowanego w 2024 r. na łamach „Geophysical Research Letters” oszacowali, kiedy zaczynają się zakwity glonów w Arktyce i zbadali, w jaki sposób zmieniająca się pokrywa śnieżna mogła przesunąć czas ich zakwitu w ciągu ostatnich czterech dekad. Arktyczne glony żyją bowiem w dolnych warstwach lodu morskiego, ich występowanie jest więc ściśle zależne od jego stanu oraz przenikającego przez niego światła. Na to zjawisko ma też wpływ m.in. gęstość, wielkość ziaren i głębokość pokrywy śnieżnej na powierzchni lodu, która ogranicza przenikanie światła. Algi te zaczynają kwitnąć wiosną, gdy tylko docierające do nich światło słoneczne staje się wystarczająco intensywne, żeby w ogóle rozpoczął się proces fotosyntezy. Obecnie zachodzące zmiany sprawiają, że światło zaczyna docierać tam wcześniej i w większej ilości.

Z wykorzystaniem satelity CryoSat-2, a także danych z również europejskiego satelity Sentinel-3 i ICESat-2 NASA badacze zmierzyli ilość światła docierającego do dolnych warstw lodu i określili zmiany grubości i struktury pokrywy lodowej Arktyki w ciągu ostatnich lat. Ustalili, że od lat 80. południowa część regionu doświadcza początku zakwitu alg nawet o 15 dni wcześniej na każdą dekadę.

Teoretycznie powinno to oznaczać więcej pokarmu dla zwierząt morskich – ale glony związane z lodem ze swojej natury preferują cień. Wystawione na działanie większej ilości światła, mogą wytwarzać inne substancje niż zazwyczaj, a także kwitnąć i obumierać w innym czasie. A przecież organizmy morskie dostosowały swoje czasy migracji, żerowania i rozmnażania do czasu zakwitu gatunków glonów, którymi się żywią. Późniejsze zamarzanie wody może też powodować , że niektóre gatunki alg będą zakwitać później, gdyż w lodzie zgromadziło się mniej biomasy. Z kolei pewne rodzaje alg potrzebują do kwitnięcia nie odpowiedniej ilości światła, a raczej kąta jego padania zależnego od obrotu Ziemi wokół Słońca. Oznacza to, że wcześniejszy rozwój glonów wywołany zwiększoną ilość światła może ograniczyć rozwój tych gatunków, które „czekają” na właściwą porę roku. To wszystko może zaburzyć funkcjonowanie całego łańcucha pokarmowego, a w efekcie całego ekosystemu morskiego.

Do tego lód morski topniejąc, „dostarcza” słodką wodę do górnych warstw morza. Lód powstający z wody morskiej praktycznie nie zawiera soli (NaCl), ponieważ słodka woda ma wyższą temperaturę zamarzania niż woda morska. NaCl ma temperaturę zamarzania około –21°C, więc lód morski tworzy się z praktycznie samej wody (temperatura zamarzania 0°C), a pod nim zostaje warstwa z wyższą zawartością soli. Słodka woda z topniejącego lodu jest też „lżejsza” niż woda morska, pozostaje więc na powierzchni. Utrudnia to mieszanie mas wody przez wiatr, co z kolei ogranicza dostarczanie składników odżywczych z głębszych warstw wody.

Badania z wykorzystaniem CryoSat i ICESat-2 będą kontynuowane. Oba satelity ustawią się niemal jednocześnie nad Arktyką zimą 2024 roku, a połączone pomiary mają dać najlepsze jak dotąd oszacowanie pokrywy śnieżnej na wierzchu lodu. „To bezprecedensowe wykorzystanie danych satelitarnych jest korzystne dla naszej wiedzy na temat szybko zmieniającego się ekosystemu Arktyki” – powiedziała

dr Julienne Stroeve główna autorka badania . „Zrozumienie aktywnego promieniowania fotosyntetycznego, które przenika przez lód morski, będzie wspierać szersze badania, aby zrozumieć, co dzieje się z życiem w Oceanie Arktycznym z powodu zmian klimatu”.

Bonusowo – wyższa średnia globalna temperatura prowadzi do rozrostu alg (tych niezwiązanych z lodem morskim), które produkują toksyczne substancje – w większości neurotoksyny. Mogą one nie tylko powodować choroby i zwiększać śmiertelność organizmów morskich, ale też akumulować się w łańcuchu pokarmowym i w efekcie szkodzić ludziom.