Hvorfor bliver Indlandsisen sort?
Kom tæt på de mikrobielle samfund, der farver den grønlandske indlandsis mørk hen over sommeren – og får den til at smelte hurtigere.
indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

Først gættede forskere på, at aflejringer af skidt farvede isen mørk. Da de kom tættere på, opdagede de et helt mylder af faktorer bag mørkfarvningen. (Foto: Alexandre Magno Barbosa Anesio)

Først gættede forskere på, at aflejringer af skidt farvede isen mørk. Da de kom tættere på, opdagede de et helt mylder af faktorer bag mørkfarvningen. (Foto: Alexandre Magno Barbosa Anesio)

Global opvarmning fører til et betydeligt tab af ismasse fra gletsjere rundt om i verden, og smeltningen af Grønlands indlandsis er en global trussel mod kystsamfund.

De seneste målinger peger på, at Indlandsisen alene er ansvarlig for cirka 50 procent af den globale havniveaustigning.

Det største tab af is sker langs den sydlige og vestlige rand af Indlandsisen, hvilket falder sammen med et stort mørkt område på overfladen af isen.

Det skyldes, at jo mørkere isen er, jo mere stråling absorberes - isen bliver varmere og afsmeltningen større.

Fakta
Om Forskerzonen

Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.

Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet,  Syddansk Universitet & Region H.

Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.

Men hvorfor bliver Indlandsisen farvet sort?

I første omgang spekulerede forskere i, om det var høje koncentrationer af gammelt støv fra den smeltende is eller måske aflejringer af sort- eller brunkul, der farvede isen sort.

Vi ved nu, at lokale biologiske faktorer spiller hovedrollen i isens mørkfarvning.

Mikroskopiske planter, der har specialiseret sig i livet på overfladen af isen – gletsjerisalger – udgør den dominerende mørkfarvnings- (og dermed smelteforøgende) komponent i Indlandsisen i det vestlige Grønland.

Baseret på nuværende viden om gletsjerisalgers biologi er det højst sandsynligt, at isalge-opblomstringen, og dermed mørkfarvning af isen, vil stige som en konsekvens af den globale opvarmning.

Gletsjerisalgerne bør derfor tages i betragtning, når man vil udregne fremtidigt ismassetab.

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

En prøve af is, der er taget fra et område, hvor isen er helt mørk. Alle de aflange streger er gletsjerisalger, og mørkfarvningen skyldes altså næsten udelukkende algerne. (Foto: Alexandre Magno Barbosa Anesio)

Det mindst undersøgte biom på jorden?

Gletsjere og iskapper blev længe anset for at være sterile miljøer, men ligesom andre store økosystemer som tropiske skove og tundra er de nu kendt for at vrimle med liv.

Indlandsisen er globalt set det mindst undersøgte biom ud fra et biologisk perspektiv. Isen repræsenterer derfor et nyt og spændende område inden for forskningsområdet ’Polar & Alpine Microbiology’.

Gletsjere og iskapper er værter for unikke levende organismer, der interagerer med hinanden. Disse processer repræsenterer mere end blot nysgerrighed over livet under ekstreme forhold.

På gletsjeroverflader har mikrober vist sig at kunne nedbryde menneskeskabte forureningskomponenter, eksempelvis pesticider transporteret med vinden, samt ændre fysiske og kemiske karakteristika af sne og is med direkte konsekvenser for solopvarmning af sne og is og forstærket smeltning.

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

Her ses et udsnit af Indlandsisens mørke zone, der viser den gennemsnitlige albedo i juli og august, dels i perioden 2001-2005 (midterste panel) og i perioden 2006-2020 (til højre). Det kan ses, at den mørke zone er betydeligt mørkere i den sidste periode. (Illustration: Shunan Feng)

Sort is og albedo

Albedo (græsk for 'hvidhed') bruges som et mål for, hvor meget stråling, der reflekteres af isens overflade. Altså, hvor meget stråling bliver sendt væk i stedet for at blive absorberet af isen med øget varme som resultat.

Albedo er den stærkeste faktor, der kontrollerer smeltningen på overfladen af ​​iskappen.

Jo mørkere isen bliver, jo lavere er albedoen. Det betyder altså, at den mørke is absorberer mere stråling, genererer mere varme og i sidste ende mere smeltevand. Det er illustreret herunder.

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

A) viser et billede af to friske iskerner af samme størrelse, men med forskelligt indhold af urenheder på overfladen. B) viser et billede af de samme kerner, efter de har stået 8 timer i fuld sol på indlandsisen. (Foto: Alexandre Anesio)

Mikroskopiske planter gør isen mørkere

Gletsjerisalger er altså den vigtigste faktor for mørkfarvningen af den vestlige del af Grønlands indlandsis, og vi ved i dag, at to arter er dominerende:

I de vestlige dele af Indlandsisen findes gletsjerisalger i koncentrationer på 100.000–100.000.000 celler per liter is.

Isalgerne indeholder et unikt dybt lilla pigment, purpurogallin, som primært bruges som beskyttelse mod den høje forekomst af UV-stråling på isoverflader.

Denne mørke pigmentering er hovedansvarlig for, at overfladen af isen bliver betydeligt mørkere.

Adskillelsen mellem mineralers og biologiske komponenters (eksempelvis gletsjerisalger) indvirkning på isens mørkfarvning kan være udfordrende. 

Det skyldes, at de ofte er blandede og nogle gange ens i farve og derfor svære at isolere i optiske målinger.

Cook et al. (2020) leverede en af ​​de første sammenligninger af bidragene fra lokalt mineralstøv og gletsjerisalger, og de fandt, at gletsjerisalger kan forårsage en albedo-reduktion, der er cirka 20 gange højere, end den mineralstøv forårsager.

Opskalering af disse undersøgelser viser, at biologisk vækst af isbundne algeceller kan akkumulere biomasse, og dermed mørkfarvning af isen, højt nok til at forårsage en total albedo-reduktion på mellem 12 procent og 21 procent, afhængigt af algecellemængden.

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

Fra venstre mod højre: isalgen Ancylonema nordenskiöldii, isalgen Ancylonema alaskana og sidst en graf med fordelingen af de forskellige pigmenttyper, der viser, at det purpurogallin-lignende pigment (Phen) er det mest betydende i forhold til, at isen farves lilla og brunlig. (Fotos: Alexandre Anesio og Laura Halbach)

Ufatteligt store mængder vand

Hvis vi alene kigger på den sydvestlige zone af Indlandsisen kan gletsjerisalger beregnes til at være ansvarlige for mellem 4,4 og 6,0 gigatons vandafstrømning i et koldt år (eksempelvis 2017) og mellem 8,8 og 12,2 gigatons i et varmt år (for eksempel 2016).

Skal man prøve at forklare, hvordan så meget vand ser ud, svarer 10 gigatons til den mængde vand, der findes i 4 millioner olympiske swimmingpools.

I 2007 blev det klart, at ændringer i albedo er en vigtig baggrund for ismassetabet. Ud over – selvfølgelig – de stigende globale temperaturer.

FN’s klimarapport fra 2007 fremhævede nemlig, at gletsjere og iskapper i løbet af det 20. århundrede havde oplevet omfattende massetab og dermed bidraget til havniveaustigningen.

Siden har IPCC medtaget, at alger, der vokser på isen, har en stor indflydelse på albedoændringerne på den grønlandske indlandsis.

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

Fra venstre: Et dronebillede af overfladen i den sydlige del af Indlandsisen, et billede fra cirka 1,7 meter over isen, et billede af et iskorn med et 50 gange forstørrende mikroskop (den gule pil viser en filamentrøs gletsjerisalge), og endelig et billede af en anden filametrøs alge (100 gange forstørrelse). (Fotos: Ate Hendrik-Jan Jaarsma (drone billede), Alexandre Anesio (midterbillede) og Laura Perini (mikroskopbillede))

Hvor får gletsjerisalger deres næringsstoffer fra?

Alle organismer har brug for næringsstoffer for at overleve, og det er ikke anderledes for gletsjerisalgerne. Men den nuværende viden om næringsstofbehovet i gletsjerisalger er stadig knap.

Purpurogallin-pigmentet


Purpurogallin-pigmentet er uden tvivl hovedårsagen til, at gletsjerisalgerne er så afgørende for, at Indlandsisen bliver mørkere.

Viden om pigmentkoncentrationer og fordeling i gletsjerisalger kan være et lovende værktøj til at fortolke satellitbilleder og dermed undersøge de ændringer i algebiomassen, der kan føre til yderligere formørkning og smeltning af Indlandsisen.

Kulstof, nitrogen og fosfor er de vigtigste elementer, der indgår i sammensætningen af alle ​​organismer. Da gletsjerisalger er mikroskopiske planter og som sådan kan udføre fotosyntese, kan de fiksere CO2 fra atmosfæren.

Derfor er kulstof ikke et begrænsende næringsstof for dem, hvorimod kvælstof og fosfor kan være begrænsende faktorer for vækst i Indlandsisen.

I en undersøgelse fra 2021 kunne der observeres en direkte sammenhæng mellem mineralsk fosfor i overfladeis og algebiomasse på tværs af Indlandsisens sydvestlige smeltezone.

Dette betyder, at selvom mineralstøv ikke er hovedårsagen til albedo-reduktion i den vestlige del af Grønlands Indlandsis, vil det tilknyttede fosfor, der stammer fra støvet, sandsynligvis drive gletsjerisalge-vækst, hvilket fører til faldet i albedo indirekte.

På den anden side har en anden nylig undersøgelse påvist, at gletsjerisalgernes nitrogen- og fosforbehov kan være meget lavt, faktisk meget lavere i forhold til næringsbehovet for andre alger og planter.

Hvis sidstnævnte påstand bekræftes, betyder det, at gletsjerisalger måske ikke er så næringsbegrænsede, som man nu tror.

På grund af den hurtige opvarmning i Arktis er det store forskningsspørgsmål, om gletsjerisalger kan vokse i den relativt rene is, der ligger langs med snekanten langt væk fra Indlandsisens rand.

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

Aarhus Universitets campinglejr på den sydlige del af Indlandsisen under 2021-sæsonen. (Foto: Shunan Feng)

Selv relativt lave koncentrationer af isalger (~100.000 - 1.000.000 celler per liter) resulterer i et fald i overfladealbedo på ~0,2, hvorimod høje algebelastninger (~100.000.000 celler per liter) forårsager reduktion af albedo med op til 0,6.

Det er store tal i betragtning af, at albedo varierer mellem 0 og 1.

Ændringer i denne størrelsesorden har helt klart en stor indvirkning på afsmeltningen, og den potentielle vækst af gletsjerisalger på tværs af bredere områder af Indlandsisen kræver øjeblikkelig opmærksomhed, hvis den fremtidige afsmeltning af indlandsis skal kunne forudsiges mere sikkert.

I betragtning af det potentielt lave næringsstofbehov for gletsjerisalger forudser vi, at de næringsstoffer, der frigives fra isafsmeltningen, vil være nok til at opretholde en opblomstring af gletsjer​isalger.

Særligt når udvidelsen af Indlandsisens ikke-snedækkede områder øges på grund af klimaændringer, opvarmning og mere smeltet is.

 
Kontrol af gletsjerisalger: Hvad holder dem i skak?

Indlandsisen har ikke kun unikke arter af mørkpigmenterede alger, men de har også samfund af svampe, bakterier og vira, som er unikke for gletsjerbiomet (her, her og her)

Disse mikrobielle samfund interagerer med hinanden, og nogle arter kan stimulere algevækst, mens andre kan fungere som kontrol af væksten.

I øjeblikket er viden om den mikrobielle økologi af gletsjeralgens habitat begrænset. Fiołka et al. (2021) har vist, at en specifik gruppe af svampe (Chytrider) er til stede på gletsjeroverflader mange steder på kloden, og de ses i tæt sammenhæng med gletsjerisalger.

Chytrider er kendt for at fungere som parasitter af alger og dyr, men de kan også være opportunistiske nedbrydere.

Det er vigtigt at bemærke, at det endnu ikke vides, om Chytrider på overfladen af ​​gletsjere fungerer som parasitter, der kontrollerer gletsjeralgeopblomstring, eller om de er opportunistiske nedbrydere (dvs. drager fordel af næringsstoffer frigivet fra allerede døde alger).

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

En prøve fra den mørke is på den sydlige del af Indlandsisen og farvet med ’calcofluor white’. Pilene indikerer interaktion mellem en svamp (C: Chytrid) og en isalge (GA). (Foto: Laura Perini) 

En yderligere potentiel kontrol af gletsjeralgebiomasse, som er relateret til en potentiel fysisk begrænsning, er regn.

Dette kunne give en vigtig feedback-mekanisme mellem klimaændringer, gletsjerisalger og albedo. Stibal et al. (2017) viste, at antallet af gletsjerisalger er reduceret efter regn.

ERC Deep Purple-projektet har også fundet en stærk omfordeling af celler på isoverfladen efter regnhændelser (se billedet herunder), som kan være forbundet med celler, der vaskes fra iskrystallerne. Dette er et forskningsområde, der kræver langt mere forståelse.

indlandsis_sort_alger_smelter_smeltning_isafsmeltning_klimaforandringer_klimakrise

Mikroskopi af iskrystaller fra Indlandsisens overflade før og efter en regnhændelse. Cellerne inden i iskrystallen er bedre fordelt og udviklet efter regnhændelsen, og isen ser renere ud, efter det har regnet. (Fotos: Alexandre Anesio)

Mange af disse interaktioner mellem fysiske, kemiske og biologiske processer på isen mangler endnu at blive beskrevet.

Vi mangler stadig viden om Indlandsisens fulde diversitet, og denne mangfoldighed er sjældent blevet udforsket.

Med den overhængende trussel om alvorlige biologisk baserede ændringer af Indlandsisen risikerer vi i øjeblikket, at der ikke er overblik over de ændringer, der sker, og dermed kan vi ikke forudsige den langsigtede afsmeltning af Indlandsisen.

Perspektiver for fremtidig forskning

De nuværende tilgængelige data viser en klar indflydelse af de mørkpigmenterede gletsjerisalger på smeltningen af ​​Grønlands indlandsis.

Størrelsen af ​​denne indflydelse har stadig en række usikkerheder, men vi har fornyelig beregnet, at gletsjerisalger alene kan være ansvarlige for op til 12 gigaton afstrømning fra den vestlige del af Indlandsisen under varme sommerforhold.

Denne analyse bekræfter vigtigheden af ​​den biologiske albedo-feedback, og at dens udeladelse fra modeller, der skal prøve at forudsige afsmeltning af Indlandsisen, fører til en systematisk undervurdering af Grønlands fremtidige havniveaubidrag.

Især fordi både de nøgne iszoner, der er tilgængelige for algekolonisering, og længden af ​​den aktive vækstsæson forventes at blive længere i fremtiden.

Der mangler overvågningsprogrammer

Vores evne til at følge udviklingen i algevækst på Indlandsisen i Grønland er stærkt begrænset af det faktum, at der ikke er nogen overvågningsprogrammer, der indsamler biologiske data.

Tidligere indsatser med at indsamle biologiske data fra Indlandsisen er ikke direkte sammenlignelige, da de er blevet udført på forskellige tidspunkter af året, forskellige steder og med forskellige formål.

Disse analyser kan med anvendelse af satellitdata anvendes til at tegne et fuldstændigt billede af, hvorvidt gletsjerisalgerne tiltager i udbredelse.

Alligevel er en sådan korrelation endnu ikke fuldt bevist, da andre urenheder (f.eks. støv og sort kulstof) også kan hænge sammen med isens mørkere farve.

Derfor er det altafgørende at etablere et langsigtet overvågningsprogram, der tager højde for algevæksten på Indlandsisen, og dens forhold til andre urenheder.

Data skal forbindes med algeændringer

Biologisk overvågning, knyttet til PROMICEs (Program for Monitoring of the Greenland Ice Sheet) stationer, ville gøre det muligt at forbinde vejr- og albedodata med algeændringer.

Disse data vil på lang sigt give de nødvendige forbindelser mellem gletsjerisalger og satellitbilleder for at tillade rumlige og tidsmæssige målinger og forudsigelser af hele Indlandsisen.

Men for at gøre det, er det også nødvendigt først at etablere metoder og procedurer for dataindsamling.

Ydermere kræves nøjagtige empiriske målinger af de optiske egenskaber af levende gletsjeralger og detaljeret mekanistisk forståelse af udviklingen af ​​overfladeisen for at reducere usikkerheden i fjernregistrerede gletsjerisalge-cellekoncentrationer.

Gletsjerisalger i hele verden

Endelig er gletsjerisalger blevet rapporteret på gletsjere verden over, men grundlæggende forståelse af biologien af ​​disse organismer er stadig ikke fastlagt, herunder deres livscyklus, næringsbehov og kontrol af vækst for at nævne nogle få eksempler.

Forståelsen af ​​disse processer er grundlæggende for at kunne estimere den reaktion, som gletsjerisalger vil have på global opvarmning.

Alle må bruge og viderebringe Forskerzonens artikler

På Forskerzonen skriver forskere selv om deres forskning. Vi mener, det er vigtigt, at alle får mulighed for at læse om forskning fra forskerens egen hånd.

Alle må derfor bruge, kopiere og viderebringe Forskerzonens artikler udfra følgende enkle krav:

  • Det skal krediteres: 'Artiklen er oprindelig bragt på Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler'. Hvis artiklen bringes på web, skal der linkes til artiklen på Forskerzonen.
  • Artiklen må ikke redigeres og skal bringes i fuld længde (medmindre andet aftales med forskeren).
  • Du skal give forskeren besked om, at du genpublicerer.
  • Artikler, som er oversat fra The Conversation, skal have indsat en HTML-kode til indsamling af statistik i bunden. HTML-koden finder du i den originale artikel på The Conversations hjemmeside ved at klikke på knappen "Republish this article" ude til højre, derefter klikke på 'Advanced' og kopiere koden. Du finder linket til artiklen på The Conversation i bunden af Forskerzonens oversatte artikel. 

Det er ikke et krav, men vi sætter pris på, at du giver os besked, hvis du publicerer vores indhold (undtaget indhold fra The Conversation). Skriv til redaktør Anders Høeg Lammers på ahl@videnskab.dk.

Læs mere om Forskerzonen i Forskerzonens redaktionelle retningslinjer.

DOI - Digital Object Identifier

Artikler, produceret til Forskerzonen, får tildelt et DOI-nummer, som er et 'online fingeraftryk', der sikrer, at artiklerne altid kan findes, tilgås og citeres. Generelt får forskningsdata og andre forskningsobjekter typisk DOI-numre.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om de utrolige billeder af Jupiter her.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk