Lód ciemnieje, świat się grzeje

Lodowiec grenlandzki. Fot. Ville Miettinen/Wikimedia

Czy domyślilibyście się, że za podgrzewanie klimatu mogą być po części odpowiedzialne glony żyjące na… lodzie? – pisze dr Krzysztof Zawierucha, specjalista w dziedzinie biologii ekosystemów arktycznych i antarktycznych z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Wraz ze wzrostem temperatury i przyspieszonym topnieniem lodowców pojawiają się zupełnie nowe, wcześniej nieobserwowane procesy. W ostatnich latach okazało się na przykład, że w okresie letnim lód staje się coraz ciemniejszy. To nie lada problem, bo przez tę ciemną barwę nagrzewa się i topnieje jeszcze szybciej. To samonapędzający się mechanizm.

Na lodowcach znaleziono już wiele zaskakujących niespodzianek. Na Antarktydzie odkryto np. mnóstwo mikrometeorytów, które kumulują się w małych stawach na powierzchni czapy lodowej. Na lodowcach alpejskich i arktycznych znaleziono opad radioaktywny po testach broni jądrowej oraz po awariach w elektrowni w Czarnobylu czy Fukushimie. Na czapie lodowej na Grenlandii od czasu do czasu obserwuje się dziwny rodzaj pyłu. Dokładne analizy pokazały, że jest to pył pochodzący z dalekich pustyń.

Dla mnie najbardziej zaskakujące są organizmy żyjące na powierzchni lodowców. Żyją tam bakterie, glony, ale też mikroskopijne zwierzaki, m.in. niesporczaki. Trzeba być naprawdę niezłym twardzielem, żeby żyć na lodowcu. Poza niskimi temperaturami trzeba chronić się także przed wysokimi dawkami promieniowania UV. W jaki sposób? Najlepiej mieć w swojej budowie pigment, który chroni przed szkodliwymi falami. Okazuje się, że taką ochroną dysponują mikroskopijne glony i to one mają niezwykle istotny wpływ na topnienie lodu. Donosi o tym międzynarodowy zespół naukowców w artykule opublikowanym w piśmie „Geophysical Research Letters”.

Skoro na białej lodowej powierzchni jest wielu mieszkańców mających ciemny kolor, organizmy te w istotny sposób wpływają na zmniejszenie ilości promieni odbijanych od lodu względem tych pochłanianych (innymi słowy zmniejszają albedo lodu). Na lodowcach robią to tzw. glony lodowe, głównie przedstawiciele Zygnematophyceae, po polsku nazywane sprzężnicami.

Skąd glony na lodzie?

Czapa lodowa na Grenlandii jest obserwowana przez naukowców nie tylko na Ziemi, ale też z satelitów. W najnowszych zdjęciach powierzchni tej wyspy na obszarze między 65 a 70° szerokości geograficznej widać stale rozrastający się obszar, który jest ciemny i zdecydowanie różni się od klasycznego białego lodu. Ciemny materiał absorbujący światło na powierzchni lodowców (tzw. LAI – ang. light-absorbing impurities) wpływa na nagrzewanie się powierzchni lodu. LAI to głównie pył mineralny, czyli czarny węgiel pochodzący z niekompletnego spalania paliw kopalnych, oraz wyposażone w pigment mikroorganizmy. Kiedyś uważano, że za rozrastanie się ciemnego zabarwienia lodowców na Grenlandii odpowiedzialna jest coraz większa ilość czarnego węgla w powietrzu w połączeniu z pyłami pochodzenia naturalnego. Badania pokazały jednak, że wina za ciemnienie lodu leży gdzie indziej.

W artykule opublikowanym w „Geophysical Research Letters” naukowcy opisują, jak przez dwa miesiące obserwowali zakwity glonów, pojawianie się pyłów na powierzchni lodu oraz ich współczynnik odbicia, czyli natężenia fali odbitej do padającej. Wyniki badań bezdyskusyjnie pokazały, że za ciemnienie czapy lodowej na Grenlandii latem odpowiadają sprzężnice, czyli glony będące stałym komponentem życia na czapie lodowej tej wyspy. Glony produkują ciemny pigment, żeby chronić się przed szkodliwym i intensywnym promieniowaniem UV.

Tylko skąd glony na lodzie? Otóż pojawiają się one tam, gdzie istnieje nawet cienka warstwa wody oraz duża ilość promieni słonecznych, a takie warunki panują na powierzchni lodowców podczas arktycznego lata. Glony to organizmy fotoautotroficzne (czyli wykorzystujące energię ze słońca), które potrafią bardzo szybko zwiększyć swoją liczebność i biomasę.

Glony zapoczątkowują bardzo ciekawą reakcję łańcuchową. Skupiają promienie słoneczne i przyspieszają topnienie powierzchni lodu, z kolei wzrost globalnej temperatury przyspiesza sezon zakwitów glonów, a to wiąże się z wcześniejszym i intensywniejszym ciemnieniem czapy lodowej. Kółko się zamyka.

Czerwony śnieg

Glony potrafią też zabarwiać powierzchnię lodu na różowo lub czerwono. Sprawcą tego zjawiska jest Chlamydomonas nivalis, czyli po polsku zawłotnia śnieżna, a czerwony kolor śniegu to po prostu zakwit tych czerwonych glonów. Zjawisko to możemy obserwować w regionach górskich oraz polarnych. Wyobraźcie sobie, że w miejscach najintensywniejszej czerwieni mogą one redukować albedo czystego śniegu nawet o 75 procent! Wiatr wieje, a razem z nim przemieszczają się pyły, zanieczyszczenia, bakterie oraz spory, czyli komórki służące do rozmnażania mszaków, paprotników oraz glonów. Wszystko to lata wokół nas i opada na powierzchnię.

Glony Chlamydomonas nivalis. Fot. Ökologix/Wikimedia

To właśnie spory glonów wędrują biernie z wiatrem lub przenoszone przez zwierzęta i kiedy dostaną się na śnieg, to w odpowiednich warunkach zaczynają się rozwijać i rozmnażać. A jakie warunki są dla nich odpowiednie? Odpowiedź na to pytanie przedstawiła grupa japońskich naukowców w piśmie „The Cryosphere Discussions”. Jako miejsce swoich badań wybrali dwa obszary pokryte śniegiem na czapie lodowej Qaanaaq na Grenlandii. Naukowcy przez cały okres polarnego lata monitorowali temperaturę oraz ilość promieniowania słonecznego padającego na śnieg. Glony zaobserwowali po raz pierwszy pod koniec czerwca, gdy temperatura podniosła się powyżej 0°C. Biomasa glonów wzrastała aż do końca lipca, aby zmniejszyć się w sierpniu, czyli pod koniec polarnego lata. Wykorzystując dane meteorologiczne, właściwości chemiczne śniegu oraz informacje o początkowej koncentracji glonów na śniegu, tempie ich wzrostu i maksymalnej liczba komórek na metr kwadratowy, Japończycy stworzyli model matematyczny, który umożliwia monitorowanie i przewidywanie zmian zachodzących na zalegających latem płatach wiecznego śniegu. Następnym razem, kiedy podczas spaceru w górach zobaczycie czerwony śnieg, pamiętajcie o tym, że istnieje model, dzięki, któremu można przewidywać zmiany koncentracji glonów, tym samym czerwonego barwnika, skupiania promieni słonecznych i przyszłego topnienia.

Płyną lodowce

Obserwacje zakwitów na lodzie i śniegu są niezwykle ważne. Przykładowo w 2016 roku okres topnienia powierzchni czapy lodowej na Grenlandii rozpoczął się szybciej niż zwykle. Do końca kwietnia dosłownie płynęło już 12 proc. powierzchni największego magazynu wody słodkiej na półkuli północnej. Jak dotąd do końca czerwca ta wartość nie przekraczała zwykle 10 proc. Czy nie wydaje się to przerażające, że w miejscu w którym w kwietniu powinno być jeszcze zimno, topnieje już lód i śnieg, i to w znacznie szybszym tempie niż dotychczas?

To nie koniec zadziwiających odkryć. Podsumowanie wszelkich obserwacji, tych z lądu i powietrza, z sezonów badawczych 2011-2014 pokazało, że 70 proc. z rocznej dostawy wody z Grenlandii do mórz pochodziło z rzek i strumieni na powierzchni lodu, a nie z bezpośredniego cielenia się lodowców, czyli odłamywania się fragmentów lodowca, w wyniku którego powstają góry lodowe. Skąd ten efekt? Właśnie z tzw. ciemnienia lodowców czyli nawiewania pyłów, ale przede wszystkim działalności mikroorganizmów takich jak glony. Więcej na ten temat znajdziecie w artykule opublikowanym na łamach pisma „Science”.

Intensywny wzrost kolorowych lodowych glonów ma istotny wpływ na redukcję albedo lodu. Okazuje się, że wbrew oczekiwaniom to nie czarny węgiel czy naturalne pyły, ale glony należące do grup Chlamydomonas i Zygnematophyceae w istotnym stopniu wpływają na ciemnienie lodowców, szczególnie w miejscach oddalonych od źródeł pyłu, takich jak doliny czy pasma górskie. Czapa lodowa na Grenlandii jest tego najlepszym przykładem. Skalowanie zakwitów na dużych lodowcach oraz czapach lodowych i użycie tej wiedzy w przewidywaniu bilansu masy lodowców, spływu wody z powierzchni lodu, a także wzrostu poziomu wód w oceanach może mieć istotne znaczenie w przewidywaniu skutków zmian klimatu.