Arktyka jest w dalszym ciągu stosunkowo słabo zbadana ze względu na ograniczoną dostępność, niesprzyjające warunki i silnie zaznaczoną sezonowość. Jednocześnie obszar ten ogrzewa się około dwa razy szybciej niż średnia światowa i obecnie jest najdynamiczniej zmieniającym się regionem na Ziemi. Jedną z konsekwencji ocieplenia klimatu w Arktyce jest uwalnianie wody słodkiej zmagazynowanej w lodowcach,
czyli masach lodu powstałych w wyniku akumulacji śniegu na lądzie. Są one uważane za jedne z najbardziej spektakularnych wskaźników zmian klimatycznych. W wielu rejonach Ziemi każdego lata lodowce topnieją coraz intensywniej, a z roku na rok zmniejszają swoją powierzchnię, co budzi niepokój zarówno wśród naukowców, jak i ludzi niezwiązanych z ekologią.
STRUMIENIE BŁOTA
Na dużym obszarze Oceanu Arktycznego zanikanie lodu morskiego, czyli warstwy zamarzniętej wody, sprawia, że światło słoneczne dociera do wód, które były zaciemnione od tysięcy lat. Tym samym następuje intensywny rozwój planktonu roślinnego, a regiony te przekształcane są w potencjalnie produktywne morza. Przeciwne zjawisko, czyli tak zwane zaciemnianie, może występować w strefie przybrzeżnej, gdyż strumienie wody z topniejących lodowców niosą dużą ilość cząstek z lądu. Powoduje to tworzenie się brudnych, „brązowych stref” (ang. „brown zones”) w fiordach – dolinach polodowcowych zalanych wodą morską. Z lotu ptaka „brązowe strefy” wyglądają jak płynące strumienie błota, które zmieniają swój kształt w zależności od intensywności topnienia lodowców, kierunku wiatru czy pływów (zmiany poziomu wody wywołane oddziaływaniem Ziemi z Księżycem i Słońcem) (Rysunek 1). Jednak dopiero za pomocą kamer podwodnych możemy obserwować jak bardzo dynamiczne jest to zjawisko i jak radykalnie potrafi wpływać na organizmy unoszone biernie w wodzie morskiej.
Rysunek 1 „Brązowe strefy” w Kongsfiordzie, Svalbard. Autor: Kajetan Deja
GĘSTA MLECZNA ZUPA
W „brązowych strefach” dostępność światła jest ograniczona, a za zaciemnienie wód odpowiedzialne są przede wszystkim cząstki mineralne, inaczej zwane zawiesinami nieorganicznymi, które nadają wodzie charakterystyczną mleczną poświatę. W czasie lata, kiedy dochodzi do intensywnego topnienia lodowców, zagęszczenie tych cząstek jest tak duże, że woda w fiordach wygląda jak gęsta zupa. Dodatkowe jej składniki stanowią zawiesiny organiczne (np. obumarła materia organiczna, tzw. detrytus) oraz organizmy biernie unoszące się w wodzie (tzw. plankton). Natomiast za intensywnie brązowy, żółty czy zielony kolor wody często odpowiedzialne są cząstki w niej rozpuszczone.
W WODZIE TEŻ „PADA” ŚNIEG
Dopływ wody słodkiej i duża dynamika związana z intensywnym mieszaniem przy czole lodowa oraz aktywność organizmów powodują, że składniki lodowcowej zupy ulegają różnym przemianom, w tym łączeniu się w większe twory, tzw. „agregaty”, które opadają na dno jak śnieg (ang. marine snow). Paradoksalnie jest to (niejako) proces „oczyszczania” wody z zawiesiny, który może też zachodzić poprzez zlepianie cząstek przez śluzowate kolonie planktonu roślinnego (fitoplanktonu). Natomiast plankton zwierzęcy (zooplankton) wpływa na strukturę śniegu morskiego głównie przez odżywanie się mniejszymi cząstkami i wydalanie większych oraz poprzez proces linienia. Wszystkie te przemiany powodują, że śnieg morski składa się z cząsteczek o różnej wielkości i pochodzeniu (żywych lub martwych, organicznych lub nieorganicznych) często zanurzonych w śluzowatej macierzy. Agregaty te są bardzo delikatne i rozpadają się podczas pobierania próbek wody, dlatego jedynym sposobem umożliwiających ich dokładne badania jest wykorzystanie kamer podwodnych (Rysunek 2).
Rysunek 2 Schemat rozmieszczenia śniegu morskiego, pierwotniaków i zooplanktonu w wodach przylodowcowych (lewo). Kompozycja zdjęć z kamery podwodnej przedstawiających rozmieszczenie cząstek w kolumnie wody w wewnętrznej części Adventfiordu, Svalbard (prawo, autor: Kajetan Deja).
CIEMNOŚĆ, WIDZĘ CIEMNOŚĆ!
W czasie lata, kiedy życie w Arktyce intensywnie się rozwija, topnienie lodowców osiąga szczyt. W tym okresie przetrwanie w gęstej lodowcowej zupie staje się wyzwaniem dla wielu organizmów. Wszędzie tam, gdzie dociera wystarczająco dużo światła i składników odżywczych, plankton roślinny wytwarza materiały potrzebne do życia w procesie zwanym fotosyntezą. Wykorzystuje on energię światła do przekształcania dwutlenku węgla i wody w związki organiczne. Fotosynteza dostarcza energii zasilającej kolejne ogniwa polarnej sieci pokarmowej. Jednak w „brązowych strefach” z dużą koncentracją cząstek światło nie dociera do głębszych warstw wody, co utrudnia jej przeprowadzanie. W takich warunkach organizmy samożywne (autotroficzne) koncentrują się głównie przy powierzchni, a wiele pierwotniaków zmuszonych jest do odżywiania cudzożywnego (heterotroficznego). Z tego powodu nazywa się je organizmami miksotroficznymi. Plankton zwierzęcy także przystosowany jest do różnego rodzaju pożywienia. Widłonogi z rodzaju Calanus spp. które są ważnym składnikiem arktycznych sieci pokarmowych, nie są już uważane za wyłącznie roślinożerne organizmy. W zależności od dostępności innego rodzaju pokarmu mogą się one odżywiać orzęskami, bruzdnicami, a nawet własnymi larwami. Oprócz kanibalizmu zaobserwowano u nich również korzystanie z detrytusu czy cząstek mineralnych. Jednak nie wszystkie organizmy są w stanie przystosować się do takich warunków. Ryby, które do pewnego stopnia wykorzystują wzrok w celu zdobycia pokarmu, preferują wody oddalone od lodowców z większą ilością organizmów żywych w stosunku do martwej materii oraz znacznie lepszymi warunkami świetlnymi (Rysunek 2). Zaciemnienie wód w fiordach może natomiast prowadzić do masowego występowania głębinowych organizmów takich jak meduza Periphylla periphylla, nazywana „księżniczką ciemności”. Istnieje obawa, że w arktycznych fiordach coraz częściej i liczniej będą występowały parzydełkowce i żebropławy, czyli galaretowaty zooplankton o niskiej wartości odżywczej dla morskich drapieżników.
WIELKA UCZTA
Pomimo ograniczonej produkcji pierwotnej, „brązowe strefy” występujące tuż przy czołach lodowców pływowych, czyli takich, które uchodzą bezpośrednio do morza, stanowią atrakcyjne żerowiska dla wielu ssaków i ptaków morskich. Zwierzęta w tych miejscach zwykle mają żołądki wypełnione dużym zooplanktonem, rybami czy larwami ryb. Najprawdopodobniej wody przy czołach lodowców pływowych są bogate w pożywienie w wyniku porywania i akumulacji martwego planktonu i ryb przez podpowierzchniowe strumienie słodkiej wody płynące ku powierzchni. Jednak położenie tych atrakcyjnych „bufetów” zmienia się bardzo dynamicznie w czasie. Wraz z nastaniem jesieni i zimy, gdy rzeki całkowicie zamarzają, a zasilanie fiordów przez lodowce ustaje, „brązowe strefy” zanikają, żeby pojawić się… kolejnego lata (Rysunek 3).
Rysunek 3 Sezonowe zmiany (marzec – październik 2019) w zasięgu występowania lodu morskiego, zasilania fiordów z lodowców i rzek oraz obecności brązowych stref w Isfiordzie, Svalbard. Źródło zdjęć satelitarnych: https://glovis.usgs.gov/app, opracowanie własne w ArcGIS Pro 2.5
CO DALEJ?
Na naturalne, sezonowe zmiany w Arktyce, nakłada się wieloletnia zmienność spowodowana „indywidualną” podatnością lodowców na ocieplenie klimatu. Lodowce morskie w wyniku cofania zamieniają się w lodowce lądowe, które zasilają rzeki uchodzące do fiordów. Rzeki te rozlewają się na powierzchni wody morskiej, a ze względu na mniejszą gęstość ich mieszanie z wodą fiordową jest ograniczone. Skutkuje to zmianami w cyrkulacji wody w fiordach i zmniejszeniem zasilania w substancje biogeniczne. Jest to jeden z ważnych czynników, który wpływa na warunki życia organizmów w „lodowcowej zupie”. I choć nadal dokładnie nie wiadomo dokąd te niepokojące procesy przeobrażania środowiska morskiego zmierzają i jak to wpłynie na warunki życia planktonu w wodach fiordowych, to opisane zjawiska bez wątpienia rzutować będą na kształt Arktyki w bardzo niedalekiej już przyszłości. Dotychczasowe badania wskazują, że arktyczny plankton zadziwiająco dobrze radzi sobie z życiem w błotnistej wodzie. Musimy jednak pamiętać, że pomimo dużych zdolności do przystosowania się do zmieniającego się środowiska, nie wiemy, jak długo jeszcze organizmy te będą tak dzielne... Nam pozostaje je śledzić i im kibicować.
Autor: Marlena Szeligowska
Najważniejsze źródła literaturowe:
- Cauvy-Fraunié, S. i Dangles, O. (2019). A global synthesis of biodiversity responses to glacier retreat. Nature Ecology & Evolution, 3(12), 1675-1685
- Lydersen, C. i in. (2014). The importance of tidewater glaciers for marine mammals and seabirds in Svalbard, Norway. Journal of Marine Systems, 129, 452-471.
- Hopwood, M. J. i in. (2020). How does glacier discharge affect marine biogeochemistry and primary production in the Arctic?. The Cryosphere, 14, 1347-1383.
- Sommaruga, R. (2015). When glaciers and ice sheets melt: consequences for planktonic organisms. Journal of plankton research, 37(3), 509-518.
- Trudnowska, E. i in. (2020). Particles, protists, and zooplankton in glacier-influenced coastal Svalbard waters. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 106842.
- Urbanski, J. A. i in. (2017). Subglacial discharges create fluctuating foraging hotspots for sea birds in tidewater glacier bays. Scientific reports, 7, 43999.
