Na początku lat 2000. na lodowatych wodach Oceanu Południowego pojawiła się intensywna turkusowa plama. Satelity ją rejestrowały, lecz nikt nie potrafił wyjaśnić jej pochodzenia.
Po ponad dwudziestu latach dociekań międzynarodowa ekspedycja badawcza w końcu rozwiązała tę zagadkę. Okazuje się, że uderzająca poświata to nie złudzenie optyczne — to sygnał nieoczekiwanego połączenia mikroskopijnych organizmów morskich, które współkształtują klimat całej Ziemi.
Tajemnicza jasna plama, która nie pasowała do żadnej teorii
Na zdjęciach satelitarnych z początku tego stulecia, na południe od tzw. Wielkiego Pasa Kalcytowego rozciągającego się przez Ocean Południowy, pojawiła się intensywnie turkusowa plama. Jej jasność łudząco przypominała obszary wypełnione kokolitoforami — mikroalgami otoczonymi wapiennymi płytkami, które odbijają światło słoneczne.
Problem polegał na czymś innym. W tych lodowatych wodach, gdzie temperatura spada poniżej zera, gatunek ten — zgodnie z ówczesną wiedzą naukową — w ogóle nie powinien występować. Obrazy satelitarne i biologia po prostu sobie przeczyły.
Ocean zdawał się „mówić" z kosmosu, że kryją się w nim wapienne algi, podczas gdy cała wiedza o temperaturach i zasięgach geograficznych wskazywała coś zupełnie odwrotnego.
Naukowcy rozważali różne wyjaśnienia: cząsteczki pyłu lodowcowego, nieznane gatunki alg, pęcherzyki powietrza uwięzione w wodzie. Żadna z hipotez nie przystawała w pełni do pomiarów koloru rejestrowanych przez satelity.
Mimo to obserwacje te zyskały kluczowe znaczenie. Barwa wody jest bowiem używana na całym świecie jako dane wejściowe do modeli klimatycznych. Na jej podstawie naukowcy szacują ilość cząstek wapnia i innych substancji unoszących się w oceanie, a następnie obliczają, ile CO₂ pochłaniają morskie głębiny. Jeśli ta interpretacja jest błędna, cały klimatyczny rachunek traci wiarygodność.
Wyprawa badawcza na jeden z najtrudniej dostępnych obszarów świata
Ze względu na ekstremalne oddalenie i niesprzyjające warunki tego rejonu przez lata nie prowadzono tam bezpośrednich badań terenowych. Sytuacja zmieniła się, gdy zespół kierowany przez Bigelow Laboratory for Ocean Sciences zorganizował dużą ekspedycję na pokładzie statku badawczego R/V Roger Revelle.
Podczas rejsu w latach 2024–2025 naukowcy dopłynęli aż za 60. równoleżnik szerokości geograficznej południowej. W trakcie wyprawy mierzyli między innymi:
- kolor i przejrzystość wody na różnych głębokościach
- zawartość wapnia i krzemionki (krzemu) w wodzie
- ilość nieorganicznego węgla w słupie wody
- gatunki planktonu, alg i innych mikroorganizmów
Zamiast analizować wyłącznie powierzchnię wody — tak jak robią to satelity — badacze pobierali próbki sięgające stu metrów w głąb. Dzięki temu mogli ustalić, które warstwy słupa wody były rzeczywiście odpowiedzialne za silne odbijanie światła.
Od wód subtropikalnych po granicę lodu: mozaika życia
Podczas przeprawy przez kolejne równoleżniki zespół wyraźnie wyodrębnił następujące strefy:
- w cieplejszych wodach subtropikalnych dominowały bruzdnice (dinoflagellaty)
- w obrębie Wielkiego Pasa Kalcytowego rozkwitały kokolitofory
- dalej na południe rządziły okrzemki (diatomeje)
Wokół niewielkich wirów oceanicznych, zwanych eddies, naukowcy zaobserwowali wyraźne różnice w składzie chemicznym wody. W tych obracających się masach wody głębsze warstwy wynurzają się ku powierzchni i mieszają z nią. Właśnie w takich strukturach po raz pierwszy natrafiono na kokolitofory w znacznie chłodniejszych wodach, niż dotychczas zakładano — co sygnalizuje, że dotychczasowe mapy rozmieszczenia gatunków są nieaktualne.
Szklane pancerze odbijające światło słoneczne
Największe zaskoczenie stanowiło odkrycie, że intensywna turkusowa poświata na dalekiej południe nie pochodzi od bogatych w wapień kokolitoforów, lecz przede wszystkim od ogromnych skupisk okrzemek.
Okrzemki to mikroalgi wyposażone w twarde, szklane osłonki zwane frustulami. Zbudowane z amorficznej krzemionki, działają niczym mikroskopijne soczewki, które silnie rozpraszają światło słoneczne.
Tam, gdzie satelity przez lata „widziały" plankton wapienny, w rzeczywistości unosiła się gęsta chmura okrzemek w szklanych pancerzach.
Optycznie oba sygnały są do siebie podobne: duże skupiska kokolitoforów i bardzo liczne okrzemki dają na zdjęciach satelitarnych podobnie jasne, odbijające światło plamy. Aby uzyskać ten sam efekt optyczny co mniejsza ilość kokolitoforów, potrzeba jednak znacznie więcej okrzemek.
W Oceanie Południowym naturalnie występuje duże stężenie rozpuszczonych cząstek krzemionki. Ta obfitość krzemu umożliwia powstawanie wyjątkowo gęstych populacji okrzemek. Połączenie szklanych szkieletów i ich liczebności wyjaśnia silne odbicie światła, które satelity rejestrują od lat.
Co to oznacza dla modeli klimatycznych
Ponieważ satelity przez lata najwyraźniej „widziały" głównie plankton wapienny, wiele obliczeń zakładało wysoką zawartość nieorganicznego wapnia w wodzie. Ma to bezpośrednie konsekwencje dla szacowania przepływu węgla w tym regionie.
Kokolitofory magazynują węgiel w wapiennych płytkach, które powoli opadają ku głębinom. Okrzemki działają inaczej: ich cięższe krzemionkowe szkielety mogą transportować węgiel do głębokiego oceanu znacznie szybciej.
| Rodzaj planktonu | Materiał szkieletu | Wpływ na transport węgla |
|---|---|---|
| Kokolitofory | Wapień (węglan wapnia) | Powolny, ciągły odpływ węgla ku głębinom |
| Okrzemki | Krzemionka (krzem) | Szybszy i często pulsacyjny transport węgla do głębokiego oceanu |
Jeśli dany obszar jest w rzeczywistości zdominowany przez okrzemki, a modele traktują go jako domenę kokolitoforów, obliczenia tzw. biologicznej pompy węglowej stają się błędne. Modele mogą wówczas zarówno ilość, jak i tempo pochłaniania węgla przez ocean szacować nieprawidłowo.
Aby to naprawić, należy zaktualizować metody obliczeniowe stosowane przy interpretacji danych satelitarnych. Algorytmy wyprowadzające z koloru wody informacje o rodzaju unoszących się cząstek muszą lepiej odróżniać sygnały wapnia od sygnałów krzemionki.
Mapy rozmieszczenia planktonu wymagają przerysowania
Badanie przynosi jeszcze jeden, równie przełomowy wniosek: kokolitofory przenikają w rzeczywistości w znacznie chłodniejsze wody, niż dotychczas sądzono. W małych ilościach, ale regularnie i trwale.
Naukowcy podejrzewają, że wiry oceaniczne pełnią rolę swoistych autostrad dla planktonu. Przechwytują wodę i organizmy ze stref umiarkowanych, przenosząc je na bardziej południowe szerokości geograficzne, gdzie utrzymują się w chronionych niszach ekologicznych.
Małe prądy morskie okazują się tworzyć ukryte biologiczne korytarze, które przepychają gatunki poza ich „oficjalne" granice zasięgu.
Te przesuwające się granice mają daleko idące konsekwencje. Miejsce występowania danego typu planktonu decyduje o sposobie dystrybucji składników odżywczych, ilości pochłanianego światła oraz o tym, jak CO₂ jest wychwytywany i odprowadzany ku dnu oceanu. Stosunkowo niewielka zmiana w strukturze planktonu może więc przekładać się na zakłócenia wielkoskalowej równowagi klimatycznej.
Czego ta „sztuczka ze światłem" uczy nas o ryzykach klimatycznych
Ocean Południowy uchodzi za jedno z najważniejszych naturalnych magazynów CO₂ emitowanego przez człowieka. Jeśli zmieni się tam struktura planktonu, zmieni się też zdolność oceanu do pochłaniania gazów cieplarnianych.
Konkretny przykład: cieplejsza woda lub zmieniony prąd morski może ograniczyć populację okrzemek i dać więcej przestrzeni kokolitoforom — albo odwrotnie. W rezultacie nie zmieni się tylko barwa wody na satelitarnych obrazach, ale również sposób, w jaki węgiel krąży w całym systemie.
Dla badaczy klimatu wyniki tej pracy oznaczają konieczność znacznie dokładniejszej analizy optycznych „odcisków palców" poszczególnych gatunków planktonu. Nie każda turkusowa plama odpowiada tej samej mieszaninie organizmów — a więc i temu samemu wpływowi na gospodarkę węglową oceanu.
Dla laików badanie to pomaga nadać konkretny kształt pozornie abstrakcyjnemu pojęciu „biologicznej pompy węglowej". Rozkwit okrzemek można sobie wyobrazić jako nagły deszcz mikroskopijnych szklanych kapsułek, które gwałtownie wciągają węgiel ku dnu oceanu. Dominacja kokolitoforów przypomina natomiast ciągłą mżawkę wapiennych drobinek opadających w głąb.
Przyszłe ekspedycje będą coraz częściej łączyć pomiary terenowe, analizy laboratoryjne i dane satelitarne. Tylko w ten sposób można ustalić, które barwy na mapach klimatycznych naprawdę coś mówią o funkcjonowaniu systemu klimatycznego — i gdzie ocean kryje jeszcze kolejne optyczne tajemnice.
