Recent onderzoek door een internationaal team, waarbij de Universiteit van Kaapstad (UCT) betrokken is, onderzocht hoe een toekomst, warmer Noordpoolgebied kan invloed hebben op de algen die in zee-ijs leven - en daar de basis vormen van het mariene voedselweb. Om dit te doen, het team gebruikte modellering om te voorspellen hoe de groei van zee-ijsalgen zou kunnen veranderen als ons klimaat.

Hun bevindingen tonen aan dat de impact van afname van zee-ijs op zee-ijsalgen - en de rest van het voedselweb - in het noordpoolgebied waarschijnlijk drastisch en complex zal zijn in de hele regio.

Het leven in het ijs

Fytoplankton zijn kleine algen die in de oceanen drijven. Zoals planten, het zijn primaire producenten die de basis vormen van het voedselweb en die koolstofdioxide kunnen omzetten in zuurstof. Hoewel microscopisch, ze zijn van vitaal belang voor het leven in de oceanen.

Zee-ijsalgen - of sympagische algen - zijn fytoplankton dat in zee-ijs leeft. Zoals fytoplankton, ze kunnen fotosynthetiseren. In tegenstelling tot fytoplankton, ze leven in het beperkte, kleine ruimtes die worden gevormd door kanalen en zakken pekel in zee-ijs - in plaats van open water.

In het Noordpoolgebied, zee-ijsalgen spelen een belangrijke rol bij het ondersteunen van het voedselweb in tijden van het jaar dat er weinig licht is en er nog steeds ijs is.

"Het korte en nauw verbonden Arctische voedselweb is sterk afhankelijk van zee-ijsalgen als bron van organisch materiaal. Hoeveel is niet helemaal bekend, " legt universitair hoofddocent Marcello Vichi van de UCT-afdeling Oceanografie uit, die co-auteur was van de studie. "Ecologen hebben verschillende hypothesen over wat er zou gebeuren met het voedselweb in een opwarmend noordpoolgebied."

Het is ingewikkeld

Vichi en zijn collega's – Dr. Letizia Tedesco, een senior onderzoeker van het Marine Research Centre van het Finse Milieu-instituut, en Enrico Scoccimarro, een senior onderzoeker bij het Euro-mediterrane centrum voor klimaatverandering in Bologna, Italië – wilde bijdragen aan deze leemte in kennis met behulp van modellen om te onderzoeken hoe afname van zee-ijs in het Noordpoolgebied de zee-ijsalgen zou kunnen beïnvloeden.

Om dit te doen, ze combineerden een model van de groei van zee-ijsalgen met klimaatmodellen die het resultaat waren van een business-as-usual klimaatveranderingsscenario. Wiskundige modellen zijn essentieel voor het begrijpen van veranderingen die plaatsvinden in het Arctische ecosysteem - voordat we geen tijd meer hebben.

"Gezien de praktische complexiteit van het verzamelen van gegevens over dit verborgen ecosysteem in het ijs, er is beperkte informatie over ruimtelijke verdelingen en seizoensgedrag, ", zegt Vichi. "We hebben geen methoden waarmee we gegevens over het zee-ijsalgen-ecosysteem vanuit de ruimte kunnen verzamelen - zoals we hebben voor fytoplankton in de oceaan, bijvoorbeeld.

De enige manier om algen in ijs te meten, is door handmatig gaten te boren en kernen te verwijderen. Denk erover na om dat voor het hele Noordpoolgebied te doen voor elk seizoen van zee-ijs!

"Om voldoende gegevens te verzamelen om onze modelresultaten volledig te valideren, we zouden waarschijnlijk 20 tot 30 jaar nodig hebben, en we hebben niet zoveel tijd. We moeten eerder handelen en beslissingen nemen onder onzekere omstandigheden."

Minder ijs, meer algen?

De klimaatmodellen voorspelden een vergelijkbare verdunning van sneeuw en zee-ijs en een verkorting van het ijsseizoen op alle breedtegraden in het toekomstige Noordpoolgebied. De reactie van de zee-ijsalgen was complexer en varieerde van noord tot zuid in de regio.

Het verst van de paal, het model voorspelde dat het dunner worden van de sneeuwbedekking zo uitgesproken zou zijn dat de zee-ijsalgen heel vroeg zouden bloeien - vanwege de toename van het licht. Dit zou betekenen dat er meer algen groeien, maar het sterk verkleinde gebied van zee-ijs zou de accumulatie ervan beperken.

Dichter bij de paal, het model toonde weinig verandering in de groei en accumulatie van zee-ijsalgen ondanks het veel eerdere begin van de algenbloei. Dit komt ook door het eerdere begin van het smelten van het ijs, die de lengte van het groeiseizoen van de algen versmalt.

En in de regio die het dichtst bij de pool ligt, het model voorspelde dat de bloeitiming zou verschuiven van herfst naar zomer - een meer lichtgunstige tijd van het jaar - met de grootste toename van de primaire productie tot gevolg.

Algemeen, hun model suggereerde een toename van 52% van de primaire productie door zee-ijsalgen in het noordpoolgebied in deze eeuw.

Van producenten tot roofdieren

De uiteenlopende reacties van zee-ijsalgen laten zien dat de impact van klimaatverandering op de primaire productie in de regio waarschijnlijk complex zal zijn – net als de trapsgewijze impact op de rest van het voedselweb, van vissen tot walvissen, zeehonden tot ijsberen.

"Zelfs als de modellen onvolmaakt zijn - wat ze per definitie zijn! - en een vage benadering van de complexiteit van biologische processen, ze bieden ons nog steeds de mogelijkheid om scenario's te benchmarken en de conceptuele voorspellingen van veldecologen uit te breiden, " zegt Vichi.

Zee-ijsstudies aan het UCT

Erkennend de cruciale rol van de oceaan en het zee-ijs in het wereldklimaat, UCT-onderzoekers van verschillende afdelingen werken samen om te profiteren van onze positie aan de rand van de Zuidelijke Oceaan en in de buurt van Antarctica om het ijs daar te bestuderen. Antarctisch zee-ijs ondergaat de grootste seizoenscyclus van ijs op aarde en zou "een versterkte versie kunnen opleveren van hoe het noordpoolgebied er aan het einde van de eeuw zou kunnen uitzien, " legt Vichi uit.

"We ontwikkelen een onderzoeksteam voor zee-ijsstudies dat de modelleringsexpertise combineert met het veldwerk, vooral om te opereren in een afgelegen en barre omgeving zoals de Zuidelijke Oceaan."

Onderzoekers van de departementen oceanografie en chemie, civiele techniek en elektrotechniek werken samen onder het Marine Research (Ma-Re) Institute, waarvan Vichi directeur is.

"We hopen dat er in de toekomst - voor de eerste keer - kennisoverdracht van zuid naar noord zal zijn in een veld dat traditioneel wordt gedomineerd door het mondiale noorden."