Wpływ zmian klimatu na zdominowane przez drobnoustroje ekosystemy w pokrywie lodowej
Zespół finansowanego ze środków UE projektu EMoGrIS stworzył teoretyczne ramy zdominowanego przez drobnoustroje ekosystemu supraglacjalnego (powierzchnia lodowcowa) pokrywy lodowej Grenlandii (GrIS) i opracował narzędzie do przewidywania zmian w ekosystemie. Naukowcy ustanowili również pokrywę GrIS jako modelowy ekosystem do badania biogeografii drobnoustrojów i trendów bioróżnorodności. Wpływ zmian klimatu na pokrywę lodową Ekosystem supraglacjalny pokrywy GrIS obejmuje górną warstwę lodu, która jest w kontakcie z atmosferą i która jest wystawiona na działanie promieniowania słonecznego oraz osadzanie się pyłu atmosferycznego, aerozoli i inokulum drobnoustrojów. Pokrywa GrIS zawiera różne ekosystemy, takie jak topniejący śnieg, goły lód i pozostałości powierzchniowe (kriokonit), które są domem dla różnych grup drobnoustrojów i miejscami występowania znacznej aktywności biologicznej. Ponadto drobnoustroje supraglacjalne przetwarzają węgiel i składniki odżywcze, a także mogą wpływać na fizyczne zachowanie pokrywy lodowej poprzez przyspieszanie topnienia na skutek obniżenia współczynnika odbicia powierzchniowego lodu. „Ekosystem supraglacjalny pokrywy GrIS może znacząco wpływać na sąsiednie ekosystemy lądowe i morskie poprzez eksportowanie żywych komórek, węgla organicznego i innych składników odżywczych w topniejącym lidzie, a przy tym szybko się zmienia z powodu ocieplenia klimatu”, ostrzega dr Marek Stibal, badacz z zespołu projektowego. Aby lepiej zrozumieć te procesy, stworzono model koncepcyjny ekosystemu powierzchni pokrywy GrIS, obejmujący sformułowanie matematyczne, weryfikację i walidację oraz symulacje scenariuszy przyszłych warunków klimatycznych. Opracowano również strategię pobierania próbek do testowania istotnych hipotez ekologicznych, takich jak związek między różnorodnością a produktywnością. Model ujawnia nowe informacje Do badań wykorzystano oparty na procesach (czyli przedstawiającyprocesy, takie jak fluktuacje węgla pierwiastkowego, w czasie) model ekosystemu na bazie węgla organicznego. Celem było symulowanie procesów obiegu węgla na powierzchni pokrywy GrIS poprzez zastosowanie rozpuszczonego i rozdrobnionego węgla organicznego oraz biomasy auto- i heterotroficznej, a także zmiennych, takich jak osadzanie atmosferyczne, wypłukiwanie przez roztopioną wodę, produkcja pierwotna i oddychanie. Model przetestowano również poprzez zastosowanie danych meteorologicznych (temperatura powierzchni, topienie powierzchni, promieniowanie padające). Zmieniając te czynniki, naukowcy mogą wpłynąć na wyniki modelu, co umożliwia symulacje przyszłych warunków klimatycznych o wyższych temperaturach powierzchni i dłuższych okresach topnienia. Wyniki tych symulacji można z kolei wykorzystać do przewidywania przyszłych losów ekosystemu. Wyniki pokazują, jak mało było wcześniej wiadomo o systemie. „Zajmuję się powłoką GrIS od prawie 10 lat, ale opracowany przeze mnie model identyfikował pewne procesy, których nie określiliśmy ilościowo – co więcej nawet nie wiedzieliśmy, że powinniśmy je określić ilościowo jako integralne elementy funkcjonowania ekosystemu”, zauważa dr Stibal. „Przykładowo stosunkowo dobrze wiemy, co dzieje się w powłoce lodowej pod względem węgla w okresie letnim, ale nie mamy pojęcia, jak wygląda sytuacja zimą”. Wyniki projektu EMoGrIS są ważne dla wszystkich naukowców zainteresowanych losem pokrywy GrIS, w tym biologów, ekologów, geochemików i glacjologów, a także wszystkich osób dotkniętych zmianami pokrywy lodowej. Prace prowadzone w ramach projektu będą również stanowić podstawę przyszłych badań nad losem drobnoustrojów supraglacjalnych wypłukiwanych z powierzchni pokrywy lodowej oraz nad trendami różnorodności filogenetycznych i funkcjonalnych grup drobnoustrojów.
Słowa kluczowe
EMoGrIS, ekosystem supraglacjalny, modelowanie ekologiczne, pokrywa lodowa Grenlandii (GrIS), zmiana klimatu
