Новые исследования показывают, что водоросли, растущие на ледяном щите Гренландии, втором по величине ледяном щите Земли, значительно снижают отражательную способность поверхности голого льда ледяного щита и способствуют его таянию в большей степени, чем пыль или черный углерод. По словам авторов исследования, новые результаты могут повлиять на понимание учеными процессов таяния ледяных щитов и прогнозов будущего повышения уровня моря.
Гляциологам давно известно, что такие материалы, как минеральная пыль и черный углерод, могут затемнять поверхность больших ледяных щитов. Ученые изучают эти примеси, потому что они уменьшают альбедо листа или степень, в которой он отражает свет, что увеличивает таяние льда и влияет на прогнозы повышения уровня моря. Но в нескольких исследованиях изучалось затемнение клеток водорослей, которые естественным образом растут на ледяном щите.
Новое исследование количественно оценило, как поверхностные ледяные водоросли способствуют потемнению ледяного щита, и обнаружило, что водоросли уменьшают альбедо ледяного щита значительно больше, чем неводорослевые материалы, такие как минеральные частицы и черный углерод. Согласно новому исследованию, опубликованному в Geophysical Research Letters, журнале Американского геофизического союза, потемнение водорослей является причиной от 5 до 10 процентов общего таяния ледяных щитов каждое лето.
По словам Марека Стайбала, эколога криосферы из Карлова университета в Праге, Чешская Республика, и одного из ведущих авторов нового исследования, полученные данные уточняют, как гляциологи думают о таянии ледяных щитов и о том, как лед отражает свет. По его словам, потепление климата также может увеличить рост водорослей в будущем, потенциально усилив влияние водорослей на таяние ледяных щитов.
«Новым аспектом нашего исследования является то, что мы обнаружили, что биологические процессы играют важную роль в поведении ледяного покрова», - сказал Стайбл. «Гляциологи обычно обращают внимание только на неорганические материалы при изучении коэффициента отражения света и таяния льда, потому что биологические процессы часто слишком сложны, чтобы их можно было зафиксировать. Но мы обнаружили, что организмы могут оказывать крупномасштабное воздействие на систему, которая ранее изучалась в абиотическом контексте».
Изучение водорослей в полевых условиях
Предыдущие исследования показали, что примеси, такие как черный углерод и пыль, вызывают таяние голого льда в нижней части ледяного щита. Примеси затемняют поверхность листа, уменьшая его альбедо и позволяя ему поглощать больше света. Повышенное поглощение солнечной радиации повышает температуру ледяного покрова и ускоряет процесс таяния.
Поглощение солнечного света является причиной большей части таяния льда в Гренландии, по словам Джейсона Бокса, климатолога Геологической службы Дании и Гренландии и другого ведущего автора нового исследования.
Микробы, такие как клетки водорослей, колонизируют лед и могут накапливаться с течением времени при наличии достаточного количества солнечного света, воды и питательных веществ. По словам Стайбала, поверхностные ледяные водоросли производят темные пигменты, чтобы защитить себя от излучения высокой интенсивности, что еще больше затемняет поверхность листа.
Летом 2014 года авторы нового исследования отправились на ледяной щит Гренландии, чтобы количественно оценить вклад водорослей в эффект потемнения. Несколько членов их команды разбили лагерь на исследовательском участке в юго-западной части ледяного щита на 56 дней, собирая данные об отражательной способности щита и популяции водорослей.
Стайбл и его коллеги использовали портативные спектрометры и альбедометры для ежедневного измерения спектра отражательной способности голой ледяной поверхности. Они также собрали образцы поверхностного льда и использовали полевой микроскоп, чтобы охарактеризовать водоросли и подсчитать количество клеток водорослей в каждом образце. Они проанализировали взаимосвязь между ростом водорослей и количеством света, отражаемого поверхностью ледяного щита.
Авторы обнаружили, что ледяной щит отражает значительно меньше света по мере роста популяции водорослей. Они подсчитали, что на рост водорослей приходится примерно 70 процентов вариации данных об отражении света, что делает его основным фактором, влияющим на это явление. Остальная часть вариации была связана с дождем и тем, сколько времени прошло, а примеси, не связанные с водорослями, не были значительными в их анализе.
Новое исследование не подсчитало, сколько еще льда может растаять в будущем из-за потемнения водорослей. Но результаты могут заложить основу для разработки более точных прогнозов сценариев повышения уровня моря из-за таяния льда в Гренландии и других ледяных щитах, сказал Стайбл. Водоросли растут на других поверхностях льда в таких областях, как Гималаи, где они обитают на ледниках, производящих воду.
Он также считает, что потепление климата может быть благом для популяций водорослей, потенциально усиливая их темнеющее влияние.
«По мере потепления климата площадь, на которой могут расти водоросли, будет расширяться, поэтому они будут колонизировать большую часть ледяного щита», - сказал он. «Кроме того, удлинится вегетационный период, поэтому вклад водорослей в таяние льда со временем, вероятно, возрастет».
Нозому Такеучи, профессор наук о Земле в Университете Тиба в Японии, сказал, что новое исследование подчеркивает важность учета биологических процессов в криосфере, и считает, что это исследование повлияет на гляциологические исследования ледяного щита Гренландии..
«Основной вывод их выводов заключается в том, что ледяной щит - это не простая абиотическая система из снега и льда, а скорее экосистема», - сказал он. «Понимание этого биологического процесса более количественно может вызвать новый взгляд на другие климатические циклы Земли, такие как ледниково-межледниковые циклы."