Forsvinden af havis i polære regioner på grund af den globale opvarmning øger ikke kun mængden af lys, der kommer ind i havet, men ændrer også sin farve. Disse ændringer har vidtrækkende konsekvenser for fotosyntetiske organismer såsom isalger og fytoplankton.
Det er konklusionen af ny forskning, der er offentliggjort i Naturkommunikationledet af marine biologer Monika Soja-Woźniak og Jef Huisman fra Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics (IBED) på University of Amsterdam.
Det internationale forskerteam, der også omfattede fysisk kemiker Sander Woutersen (HIMS/UVA) og samarbejdspartnere fra Holland og Danmark, undersøgte, hvordan tabet af havis ændrer undervandslysmiljøet. Havis og havvand adskiller sig grundlæggende i, hvordan de transmitterer lys. Havis spreder lys kraftigt og reflekterer meget af det, mens det kun tillader en lille mængde at trænge igennem.
Alligevel indeholder denne begrænsede mængde lys stadig næsten hele spektret af synlige bølgelængder. I modsætning hertil absorberer havvand rødt og grønt lys, mens blåt lys trænger dybt ned i vandsøjlen. Det er det, der giver havet sin blå farve.
Molekylære vibrationer af vand
En anden vigtig forskel mellem is og flydende vand ligger i rollen som molekylære vibrationer. I flydende vand er H₂O -molekyler frie til at bevæge sig og vibrere, hvilket fører til dannelse af forskellige absorptionsbånd ved specifikke bølgelængder. Disse bånd fjerner selektivt dele af lysspektret, hvilket skaber huller i det lys, der er tilgængeligt til fotosyntesen.
Tidligere forskning fra Maayke Stomp og professor Huisman demonstrerede, at disse molekylære absorptionsfunktioner skaber “spektrale nicher” – Distinkt sæt af bølgelængder tilgængelige for fotosyntetiske organismer. Phytoplankton og cyanobakterier har udviklet en mangfoldighed af pigmenter, der er indstillet til de forskellige spektrale nicher, og formet deres globale distribution over oceaner, kystfarvande og søer.
I is er vandmolekyler imidlertid låst i en stiv krystalgitter. Denne faste struktur undertrykker deres evne til molekylære vibrationer og ændrer derved deres absorptionsfunktioner. Som en konsekvens mangler is absorptionsbåndene af flydende vand, og derfor bevares et bredere lysspektrum under havis. Denne grundlæggende forskel spiller en nøglerolle i det spektrale skift, der forekommer, når havis smelter.
Økologiske implikationer
Når havisen forsvinder og giver plads til åbent vand, skifter det undervandslysmiljø fra et bredt spektrum af farver til et smallere, blådomineret spektrum. Denne spektrale ændring er afgørende for fotosyntesen.
“De fotosyntetiske pigmenter af alger, der bor under havis, er tilpasset til at gøre optimal brug af den brede vifte af farver, der er til stede i den lille mængde lys, der passerer gennem is og sne,” siger hovedforfatter Soja-Woźniak. “Når isen smelter, befinder disse organismer sig pludselig i et blåt domineret miljø, der giver en mindre pasform til deres pigmenter.”
Ved hjælp af optiske modeller og spektrale målinger viste forskerne, at dette skift i let farve ikke kun ændrer fotosyntetisk ydeevne, men kan også føre til ændringer i artssammensætningen. Algearter, der er specialiseret i blåt lys, kan få en stærk konkurrencefordel i sammenligning med isalger.
Ifølge professor Huisman kan disse ændringer have kaskade økologiske virkninger. “Fotosyntetiske alger danner grundlaget for Arctic Food Web. Ændringer i deres produktivitet eller artssammensætning kan krusning opad for at påvirke fisk, havfugle og marine pattedyr. Desuden spiller fotosyntesen en vigtig rolle i naturlig co2 Optagelse af havet. “
Undersøgelsen fremhæver, at klimaændringer i de polære regioner gør mere end at smelte is – den forårsager grundlæggende forskydninger i nøgleprocesser såsom lysoverførsel og energiflow i marine økosystemer.
Resultaterne understreger vigtigheden af at inkorporere lysspektre og fotosyntesen mere eksplicit i klimamodeller og havprognoser, især i polære regioner, hvor miljøændringer accelererer med en hidtil uset hastighed.