Figur 1: Lars og Brian borer en iskerne og måler lysintensiteten under isen.

Sofie Vej Ugelvig beretter om projektet 'Havisalgers fotobiologi og strukturerende effekter i det Arktiske Ocean'; et dansk følgeprojekt på den dansk-svenske LOMROG III ekspedition til Arktis (se mere tidligere artikel: Geofysiske undersøgelser omkring Nordpolen).

Roterbladene roterer hurtigere og hurtigere. Fra dækket på isbryderen Oden, letter den røde helikopter, som flere gange dagligt fragter forskerne og deres udstyr ud på isen.

Denne gang er biologerne Lars og Brian ombord, på vej til at indsamle dagens isprøve.

Vi har været afsted i fire uger og hver dag, med få undtagelser, har Lars Chresten Lund-Hansen og Brian Sorrell fra Aarhus Universitet indsamlet isprøver.

Formålet med deres projekt er at undersøge fordelingen af isalger og deres fysiologi, samt deres evne til at tilpasse sig det ekstreme miljø i Arktis.

Figur 2: Isalgerne ses som brune plamager i iskernens bund.

Helikopteren er landet og skaber en skærende men dekorativ kontrast til den hvide is. Ved siden af er Lars og Brian i gang med at bore en iskerne ud af isen (figur 1).

De er hovedsageligt interesseret i den sidste del af kernen, dvs. bunden af isflagen, og har derfor valgt et område, hvor isen er forholdsvis tynd, ca. 1,5 m. I den nederste del af isen findes nemlig isalger.

Isalger og fotosyntese

Isalger er en speciel type phytoplankton som har tilpasset sig livet i det kolde Arktis. De lever i de millimeter brede kanaler i den nederste del af isen, og kan nogle steder ses som brune plamager (figur 2).

Kanalerne i isen opstår, fordi nogle dele af salten i vandet lades tilbage når havvandet fryser til is. Dermed skabes porerum/kanaler i isen, hvor saltvand opkoncentreres (figur 3). De nederste kanaler har forbindelse til havvandet som giver næring til isalgerne.

Trods det begrænsede sollys under isen er isalgerne i stand til at lave fotosyntese (optager CO2 fra vandet og frigiver O2). Lars og Brian er derfor interesserede i at måle lysintensiteten under isen, altså hvor meget lys som trænger gennem isen og ned til isalgerne.

Figur 3: Kanaler i isen, hvor isalgerne lever.

Dette gøres med en lysmåler som sænkes ned i hullet, hvor kernen er boret ud og lysmåleren skubbes ind under isen. I de fleste tilfælde er lysintensiteten kun 5-8% af hvad den er ved overfladen. Isalgernes fotosyntese foregår kun i de måneder, hvor det er lyst.

Inden vinterens mørke lægger sig over Arktis, danner isalgerne derfor sporer ligesom planter danner frø. Når solen igen kommer frem ”genoplives” disse sporer og nye isalger kan begynde livet under isen.

Iskerner og prøvetagning

Når iskernen er boret ud lægges den på isen og saves i stykker af 10 cm som placeres i poser i en køletaske. Prøverne skal senere undersøges i et laboratorium her på isbryderen. Bunden af iskernen, hvor isalgerne lever, undersøges dog med det samme.

Mængden af isalger bestemmes ved at se på biomassen i isprøven. Klorofyl er et pigment i isalgerne, dvs. et stof hvormed de opfanger sollys.

Mængden af klorofyl bruges dermed som udtryk for biomassen. For at undersøge, hvor godt algerne har det mht. lys og næringssalte ser Lars og Brian på isalgernes primærproduktion, altså hvor gode de er til at lave fotosyntese.

Figur 4: Illustration af den nye fluorescens-metode.

Normalt estimeres primærproduktionen vha. C-14 metoden. Ved denne metode smeltes isen og der tilsættes en radioaktiv isotop C-14.

Når isalgerne laver fotosyntese vil de inkorporere C-14 sammen med almindeligt C-12 og efter en bestemt inkubationstid i lys kan man måle hvor meget C-14 algerne har optaget og dermed bestemme algernes primærproduktion.

Dette tal er dog ikke et udtryk for den egentlige produktion, da saliniteten og koncentrationen af næringsstoffer ændres ved optøning af prøven.

Dermed ændres isalgernes miljø og deres vilkår for at lave fotosyntese. I stedet for har Brian og Lars udviklet en ny metode baseret på fluorescens, som ikke forstyrre isalgernes miljø.

Måling af algernes fotosyntese

Til bestemmelse af hvor gode algerne er til at lave fotosyntese bruger de en Imaging-PAM. Metoden består i at en 2 cm tyk isprøve placeres under et kamera og bestråles med lys af en bestemt bølgelængde (blåt lys). Når det blå lys rammer isalgerne flourescerer de og sender rødt lys tilbage som opfanges af kameraet (figur 4).

Figur 5: Underssiden af en iskerne med isalger (a) og mere tæt på (b) hvor de brune klatter er isalger der sidder inde mellem de enkelte lag af iskrystaller. Den samme overflade set med Imaging-PAM hvor de grønne pletter er islager og hvor den fysiske struktur af isen også er tydelig.

På denne måde kan man præcist se, hvordan isalgerne er placeret inde i isen og jo mere grøn jo højere er koncentrationen af isalger (figur 5). Ved at udsætte prøven for en serie af lys-pulse ved en bestemt frekvens, kan ændringer i spektret give et mål for algernes fysiologiske tilstand, dvs. hvor gode er de til at lave fotosyntese. 

Grunden til at undersøgelsen af isprøven sker umiddelbart efter prøvetagning er, for at undgå at prøven forstyrres af lyset ved overfladen. Iskernen bores op og lægges på isen, hvor der er meget mere lys end isalgerne er vant til på undersiden af isen og dette påvirker målingerne med Imaging-PAM.

Den nederste del af kernen med isalger dækkes derfor til med et sort klæde som beskyttelse mod lyset. Imaging-PAM målingerne udføres inde i helikopteren hvor der er relativt mørkt. En anden grund til at undersøgelserne foretages i helikopteren er at kameraet som benyttes er meget følsomt overfor rystelser.  Det er derfor ikke muligt at undersøge prøven her ombord på isbryderen, da den er i konstant bevægelse når isen brydes. 

Efter ca. tre timer på isen, vender helikopteren atter tilbage til Oden og i Triple-laboratoriet på 4. dæk, pakkes køletasken ud. De 10 cm lange stykker is smeltes i løbet af natten og næste dag måles bl.a. saliniteten på alle prøverne.

Saliniteten er en vigtig parameter, da den sammen med temperaturen er bestemmende for, hvor stor en procentdel af isen som består af kanaler. I bunden af isen, hvor saliniteten ofte er omkring 3-5 promille og temperaturen omkring -2 grader celcius, findes de fleste og største kanaler.

Isalgernes betydning for livet under isen

Figur 6: Kort som viser Odens rute gennem den arktiske is.

Isalgerne har tilpasset sig de mørke og kolde forhold under den metertykke arktiske is, men hvad sker der, hvis disse forhold i fremtiden ændrer sig? Et af fremtidens scenarier er at snedækket ovenpå isen bliver tyndere. Da det hovedsageligt er sneen som absorberer sollyset, vil et tyndere snedække resultere i at mere sollys når ned til algerne.

I et eksperiment som Lars og Brian udførte i Vestgrønland sammenlignede de to områder, hvor det ene var dækket af sne og det andet var skrabt fri for sne. I begge områder målte de antallet af isalger over en periode på 12 dage. Resultaterne viste at antallet af isalger i området med sne var steget, mens det i området uden sne var faldet. Selvom lysintensiteten under isen var steget fra 4% til 27% i området uden sne, havde det altså en negativ indvirkning på algerne.

Hvis snedækket i Arktis i fremtiden bliver tyndere, kan det resultere i at antallet af isalger bliver mindre. Isalger udgør første led i fødekæden og er dermed vigtige for fisk og sæler som lever i isdækkede områder. Uden isalgerne vil der ikke være noget liv under isen.    

Lars og Brian fortsætter indsamlingen af iskerner indtil vi om ca. to uger når ud i åbent hav nord for Svalbard. Ved slutningen af ekspeditionen har de altså data fra mange steder i Arktis, hvilket måske kan være med til at kortlægge nogle generelle trends i forhold til solindstråling og istykkelse fra isrenden nord for Svalbard til 90 grader Nord (figur 6).  

For mere information om projektet se Sea Ice Algar Photobiology