Nieuw onderzoek toont aan dat algen groeien op de Groenlandse ijskap, de op één na grootste ijskap van de aarde, de oppervlaktereflectiviteit van het kale ijsgebied van de ijskap aanzienlijk verminderen en meer bijdragen aan het smelten dan stof of zwarte koolstof. De nieuwe bevindingen kunnen het begrip van wetenschappers over het smelten van ijskappen en projecties van toekomstige zeespiegelstijging beïnvloeden, volgens de auteurs van de studie.

Glaciologen weten al lang dat materialen zoals mineraal stof en zwarte koolstof het oppervlak van grote ijskappen donkerder kunnen maken. Wetenschappers bestuderen deze onzuiverheden omdat ze het albedo van het blad verminderen, of de mate waarin het licht reflecteert, waardoor het smelten van het ijs toeneemt en de projecties van de zeespiegelstijging worden beïnvloed. Maar weinig studies hadden het verduisterende effect van algencellen onderzocht, die van nature op de ijskap groeien.

De nieuwe studie heeft kwantitatief beoordeeld hoe oppervlakte-ijsalgen bijdragen aan het donkerder worden van de ijskap, en ontdekte dat de algen het albedo van de ijskap aanzienlijk meer verminderen dan niet-algenmaterialen, zoals minerale deeltjes en zwarte koolstof. Algenverduistering is verantwoordelijk voor 5 tot 10 procent van de totale ijskap die elke zomer smelt, volgens het nieuwe onderzoek gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , een tijdschrift van de American Geophysical Union.

De bevindingen verscherpen de manier waarop glaciologen denken over het smelten van ijskappen en hoe ijs licht reflecteert, volgens Marek Stibal, een cryosfeer-ecoloog aan de Charles Universiteit in Praag, Tsjechië en een van de hoofdauteurs van de nieuwe studie. Een opwarmend klimaat kan in de toekomst ook de algengroei doen toenemen, mogelijk de invloed van algen op het smelten van de ijskap vergroten, hij zei.

"Het nieuwe aspect van onze studie is dat we ontdekken dat biologische processen een belangrijke rol spelen in het gedrag van ijskappen, " zei Stibal. "Glaciologen kijken meestal alleen naar anorganische materialen bij het bestuderen van lichtreflectie en ijssmelt omdat biologische processen vaak te ingewikkeld zijn om vast te leggen. Maar we vinden dat organismen een grootschalig effect kunnen hebben op een systeem dat eerder in een abiotische context is bestudeerd."

Algen bestuderen in het veld

Eerdere studies suggereerden onzuiverheden zoals zwarte koolstof en stof die het smelten van kaal ijs op het onderste deel van de ijskap drijven. Onzuiverheden verdonkeren het oppervlak van de plaat, zijn albedo verminderen en meer licht laten absorberen. De verhoogde absorptie van zonnestraling verhoogt de temperatuur van de ijskap en versnelt het smeltproces.

Absorptie van zonlicht is verantwoordelijk voor het grootste deel van het smelten van ijs in Groenland, volgens Jason Box, een klimatoloog bij The Geological Survey of Denmark and Greenland en de andere hoofdauteur van de nieuwe studie.

Microben zoals algencellen koloniseren het ijs en kunnen zich na verloop van tijd ophopen bij voldoende zonlicht, water en voedingsstoffen. Oppervlakte-ijsalgen produceren donkere pigmenten om zichzelf te beschermen tegen straling met hoge intensiteit, het bladoppervlak verder donkerder maken, zei Stibal.

De auteurs van de nieuwe studie gingen in de zomer van 2014 de Groenlandse ijskap in om de bijdrage van algen aan het verdonkeringseffect te kwantificeren. Verschillende leden van hun team kampeerden 56 dagen op een onderzoekslocatie in het zuidwestelijke deel van de ijskap terwijl ze gegevens verzamelden over de reflectiviteit van de plaat en de algenpopulatie.

Stibal en zijn collega's gebruikten draagbare spectrometers en albedometers om elke dag het reflectiespectrum van het kale ijsoppervlak te meten. Ze verzamelden ook monsters van oppervlakte-ijs en gebruikten een veldmicroscoop om de algen te karakteriseren en het aantal algencellen in elk monster te tellen. Ze analyseerden de relatie tussen de groei van de algen en de hoeveelheid licht die door het ijskapoppervlak wordt gereflecteerd.

De auteurs ontdekten dat de ijskap aanzienlijk minder licht weerkaatste naarmate de algenpopulatie groeide. Ze berekenden dat algengroei goed was voor ongeveer 70 procent van de variatie in de lichtreflectiegegevens, waardoor het de dominante bijdrager aan het fenomeen is. De rest van de variatie was te wijten aan regen en hoeveel tijd er was verstreken, en niet-algenonzuiverheden waren niet significant in hun analyse.

De nieuwe studie schatte niet hoeveel meer ijs in de toekomst zou kunnen smelten als gevolg van verduistering van algen. Maar de resultaten kunnen de basis leggen voor het opstellen van nauwkeurigere projecties van scenario's voor zeespiegelstijging als gevolg van smeltend ijs van Groenland en andere ijskappen, zei Stibal. Algen groeien op andere ijsoppervlakken in gebieden zoals de Himalaya, waar ze verblijven op waterproducerende gletsjers.

Hij gelooft ook dat een opwarmend klimaat een zegen kan zijn voor de algenpopulaties, mogelijk hun verduisterende invloed vergroten.

"Als het klimaat warmer wordt, het gebied waarin de algen kunnen groeien, wordt groter, zodat ze meer van de ijskap koloniseren, "zei hij. "Bovendien, het groeiseizoen wordt langer, dus de bijdrage van algen aan het smelten van het ijs zal in de loop van de tijd waarschijnlijk toenemen."

Nozomu Takeuchi, hoogleraar aardwetenschappen aan de Chiba University in Japan, zei dat het nieuwe onderzoek het belang benadrukt van biologische processen in de cryosfeer, en gelooft dat de studie een impact zal hebben op glaciologisch onderzoek van de Groenlandse ijskap.

"De belangrijkste implicatie van hun bevindingen is dat de ijskap geen eenvoudig abiotisch systeem van sneeuw en ijs is, maar eerder een ecosysteem, ", zei hij. "Als we dit biologische proces meer kwantitatief begrijpen, zou dit een nieuw perspectief op andere klimaatcycli van de aarde kunnen opleveren, zoals glaciaal-interglaciale cycli."