Танення полярних льодів змінює колір океану

Танення морського льоду змінює не лише кількість світла, яке проникає в океан, але і його колір, порушуючи морський фотосинтез і змінюючи арктичні екосистеми тонкими, але глибокими способами. Через глобальне потепління морський лід у полярних регіонах тане, і при цьому змінюється не тільки кількість сонячного світла, що потрапляє в океан. Змінюється також і колір підводного світла, що має серйозні наслідки для життя під поверхнею.

Згідно з новим дослідженням, опублікованим у журналі Nature Communications, ці зміни можуть суттєво впливати на крихітні, але життєво важливі організми — такі як льодові водорості та фітопланктон. Дослідження очолили морські біологи Моніка Соя-Возняк і Єф Хейсман з Інституту біорізноманіття та динаміки екосистем Амстердамського університету.

Міжнародна команда вчених, у складі якої також був фізичний хімік Сандер Вутерсен і науковці з Нідерландів та Данії, досліджувала, як танення морського льоду трансформує підводне світлове середовище. Світло поводиться зовсім по-іншому в морському льоді, ніж у відкритій воді.

Морський лід відбиває й розсіює більшу частину сонячного світла, пропускаючи лише незначну його кількість — але вона включає майже всі видимі довжини хвиль. Відкрита морська вода, навпаки, поглинає червоне і зелене світло, дозволяючи синьому проникати глибше. Саме тому океан здається нам синім.

Молекулярні вібрації води

Ще одна ключова відмінність між льодом і рідкою водою полягає в ролі молекулярних вібрацій. У рідкій воді молекули H₂O вільно рухаються й вібрують, що створює характерні зони поглинання на певних довжинах хвиль. Ці зони вибірково поглинають частини спектра, утворюючи «прогалини» у світлі, доступному для фотосинтезу.

Попередні дослідження Маайке Стомп і професора Хейсмана показали, що ці спектральні особливості утворюють так звані «спектральні ніші» — набір довжин хвиль, доступних для фотосинтезу. Фітопланктон і ціанобактерії еволюціонували з різноманітними пігментами, пристосованими до цих спектральних ніш, що формує їхнє глобальне поширення в океанах, прибережних водах і озерах.

Данський дослідник проводить вимірювання під морським льодом

У льоду молекули води впорядковані в жорстку кристалічну решітку. Така структура пригнічує молекулярні вібрації, змінюючи властивості поглинання світла. Внаслідок цього лід не має зон поглинання, властивих рідкій воді, і тому зберігає ширший спектр світла. Ця фундаментальна відмінність відіграє ключову роль у спектральних змінах, що відбуваються під час танення льоду.

Екологічні наслідки

У міру зникнення морського льоду й появи відкритої води підводне світлове середовище переходить від широкого спектру кольорів до більш вузького, синього спектра. Ця спектральна зміна критично важлива для фотосинтезу.

«Фотосинтетичні пігменти водоростей, що мешкають під морським льодом, адаптовані до використання широкого спектра кольорів у малій кількості світла, яке проходить крізь лід і сніг», — пояснює головна авторка Моніка Соя-Возняк. «Коли лід тане, ці організми раптово опиняються в синьому середовищі, менш придатному для їхніх пігментів».

Використовуючи оптичні моделі та спектральні вимірювання, дослідники виявили, що ця зміна кольору не лише впливає на ефективність фотосинтезу, але й може змінити видовий склад. Водорості, пристосовані до синього світла, можуть отримати конкурентну перевагу над льодовими водоростями.

За словами професора Хейсмана, ці зміни можуть мати каскадні екологічні наслідки. «Фотосинтетичні водорості є основою харчового ланцюга в Арктиці. Зміни в їхній продуктивності або видовому складі можуть вплинути на рибу, морських птахів і ссавців. Крім того, фотосинтез відіграє важливу роль у природному поглинанні CO₂ океаном».

Дослідження підкреслює, що кліматичні зміни в полярних регіонах — це не лише про танення льоду, а й про фундаментальні зрушення в ключових процесах, таких як передача світла і потік енергії в морських екосистемах.

Результати наголошують на важливості точнішого включення спектрів світла та фотосинтезу до кліматичних моделей і прогнозів для океану — особливо в полярних регіонах, де зміни відбуваються з безпрецедентною швидкістю.