Fitoplankton może być obfity pod lodem morskim Antarktydy
Dziesięć lat temu naukowcy podczas ekspedycji oceanicznej sponsorowanej przez NASA odkryli ogromne populacje fitoplanktonu kwitnącego pod lodem morskim na Oceanie Arktycznym. Teraz naukowcy używający podwodnych instrumentów i satelity NASA znaleźli dowody na potencjalnie znaczące zakwity pod lodem morskim otaczającym Antarktydę. Odkrycia zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie naukowym Frontiers.
Fitoplankton jest dla oceanu tym, czym trawy są dla lądu: te pływające, przypominające rośliny organizmy pochłaniają światło słoneczne, pochłaniają mineralne składniki odżywcze i wytwarzają własne pożywienie (energię) poprzez fotosyntezę. Fitoplankton rośnie niemal wszędzie, gdzie są otwarte, nasłonecznione płaty oceanu. Kiedy warunki są odpowiednie, te kolekcje mikroskopijnych komórek mogą rozkwitnąć do rozmiarów widocznych z kosmosu. Są krytycznym źródłem pożywienia dla innych form życia w oceanach oraz kluczowym recyklerem i utylizatorem węgla dla planety.
Ale aż do ostatnich badań powszechnie uważano, że pokrywa lodowa uniemożliwia wzrost fitoplanktonu przez większą część roku w oceanie wokół Antarktydy, ponieważ bardzo mało światła słonecznego może przenikać do wody poniżej. Jednak nowe dowody wskazują, że jest wystarczająco dużo pęknięć, cienkich plam i szczelin, aby przepuszczać wystarczającą ilość światła dziennego przez lód morski.
„Wokół Antarktydy zwarty lód morski wydaje się dość nieprzenikniony dla światła” – powiedział Chris Horvat, naukowiec zajmujący się lodem morskim na Brown University i główny autor nowego badania. Na szerokich i zgrubnych obrazach z większości satelitów pokrywa lodowa może wydawać się jednolita i podobna do tafli, co potwierdza pogląd, że światło byłoby zbyt rzadkie i słabe dla życia roślinnego poniżej.
Ale patrząc spod powierzchni oceanu – a teraz za pomocą laserowych oczu NASA Ice, Cloud and Land Elevation Satellite 2 (ICESat-2) – naukowcy widzą, że lód morski Antarktydy jest w rzeczywistości pełen pęknięć i otworów. Światło słoneczne prześlizguje się przez szczeliny i dostarcza energii do zauważalnych zakwitów pod lodem na Oceanie Południowym. Dla porównania, poniższe zdjęcie przedstawia widok z lotu ptaka lodu morskiego wokół Antarktydy w dniu 29 października 2017 r.
Horvat i współpracownicy zebrali trzy linie dowodów. Najpierw przeanalizowali dane zebrane za pomocą laserowych oczu pływaków Argo NASA – podwodnych instrumentów, które mierzą różne właściwości oceanu od powierzchni do około 2000 metrów (7000 stóp) głębokości. Instrumenty w kształcie walca dryfują z prądami, wznoszą się i opadają w oceanie, od czasu do czasu wynurzając się, aby przekazywać swoje dane z powrotem do laboratoriów naziemnych za pośrednictwem nadajników satelitarnych. Pływaki Argo stosowane od 2014 roku mogą wykrywać obecność chlorofilu i pyłu węglowego w wodzie, które mogą wskazywać na obecność fitoplanktonu.
Analizując dane z ponad 2000 nurkowań pod lodem w ciągu siedmiu lat, zespół badawczy odkrył, że prawie wszystkie pomiary wykazały gromadzenie się fitoplanktonu jeszcze przed ustąpieniem lodu morskiego na półkuli południowej wiosną i latem. W jednej czwartej tych pomiarów zgromadziła się wystarczająca ilość fitoplanktonu, aby sugerować, że trwają rozkwity.
Biorąc pod uwagę te obserwacje, zespół przeanalizował warunki lodowe za pomocą danych ICESat-2, aby uzyskać obraz tego, gdzie i ile światła przenika przez pęknięcia i otwory w lodzie morskim Antarktydy. Podstawowym instrumentem na ICESat-2 jest wysokościomierz laserowy, który wysyła impulsy światła w kierunku powierzchni Ziemi, a następnie mierzy z dokładnością do jednej miliardowej sekundy, ile czasu zajmuje pojedynczy fotonowi powrót do satelity. Na podstawie tych informacji naukowcy mogą określić wysokość odcinków lodu, a także wykryć pęknięcia i szczeliny między nimi.
Wreszcie, opierając się na modelach pokrywy lodowej z fazy 6 projektu porównawczego modelu sprzężonego, Horvat i współpracownicy oszacowali położenie i grubość pokrywy lodowej Oceanu Południowego oraz sposób jej przemieszczania się. Uzyskali również oszacowania dostępnego fotosyntetycznie promieniowania (PAR), miary światła słonecznego potrzebnego do podtrzymania zakwitów w oceanie. Odkryli, że 3 do 5 milionów kilometrów kwadratowych (1,2 do 1,9 miliona mil kwadratowych) – obszar większy niż Indie – pokrytego lodem Oceanu Południowego może przepuszczać wystarczającą ilość światła i wspierać niektóre zakwity pod lodem.
Dane zebrane podczas badania są przedstawione na mapach u góry tej strony. Mapa po lewej pokazuje lokalizację i obfitość prawdopodobnych zakwitów fitoplanktonu oraz ich położenie w obrębie pokrywy lodowej w latach 2014-2020. Prawa mapa łączy dane satelitarne i modele, aby pokazać, gdzie prawdopodobnie było wystarczająco dużo światła, aby przeniknąć przez lód, aby podtrzymać zakwity.
„Naukowcy mówili o potencjale zakwitów tutaj, ale po raz pierwszy widzimy je pod lodem w wodach Antarktydy” – powiedział Horvat. „Zakwity prawdopodobnie zawsze tam były, po prostu nie mieliśmy możliwości ich obserwowania. To odkrycie otwiera zupełnie nowy sposób myślenia o życiu wokół i pod lodem. Lód morski jest bardziej interesujący i różnorodny, niż ludzie myślą, i może wspierać wiele społeczności ekologicznych”.
Horvat jest częścią zespołu, który opracowuje nowe produkty z lodu morskiego z ICESat-2, aby uzyskać jeszcze lepsze wrażenie mozaikowej tekstury lodu morskiego. Mają również nadzieję na kontynuację badań zakwitów podlodowych, badając, jak rozległe i jak częste są zakwity oraz czy występuje w nich sezonowość.
„Artykuł opisuje kilka interesujących obserwacji w stosunkowo słabo zbadanym regionie globalnego oceanu” – dodał Michael Behrenfeld, ekolog oceaniczny z Oregon State University, który nie był częścią badania. „Zakwity pod lodem były wcześniej zgłaszane w Arktyce, ale to nowe badanie wyraźnie dokumentuje tego typu zakwity na Oceanie Południowym. Ważną różnicą między tymi dwoma regionami polarnymi jest to, że całkowity obszar odpowiednich warunków dla zakwitów pod lodem jest znacznie większy wokół Antarktydy. Tak więc, po zintegrowaniu na obszarze, te zakwity Oceanu Południowego mogą być bardzo dużą masą planktonu”.
Zdjęcie NASA Earth Observatory autorstwa Joshua Stevensa, wykorzystujące dane dzięki uprzejmości Horvat, C., et al. (2022). Zdjęcie: NASA/Nathan Kurtz. Historia autorstwa Michaela Carlowicza/Wydział Nauk o Ziemi NASA.
Zobacz również nasze szczegółowe prognozy:
