Hvorfor bliver Indlandsisen sort?

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.

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.

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.

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.

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:

• Den filamenterede Ancylonema nordenskiöldii
  
• Den overvejende enkeltcellede Ancylonema alaskana

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.

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.

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.

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.

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.