Współczesne Badania Oceanu Arktycznego

Współczesne Badania Oceanu Arktycznego - Wstęp

• Europejska Konferencja Badań Polarnych i Morskich odbyła się w Bremie w 1994 roku.
• Zorganizowana została przez Europejską Fundację Nauki (ESF).
• Ponad 70 przedstawicieli instytucji naukowych z Europy, USA, Kanady i Japonii ustaliło priorytety badawcze we współpracy naukowej.
• Sformułowano koncepcję Wielkich Wyzwań Nauki Europejskiej (Grand Challenges in European Research).
• Pięć wybranych kierunków w badaniach przyrodniczych obejmuje:
  • System Zrównoważonego Rozwoju i Gospodarowanie w strefie brzegowej Mórz.
  • Głębokie Wiercenia Dna Oceanu Atlantyckiego.
  • Projekt Wierceń Pokrywy Lodowej na Antarktydzie.
  • Bioróżnorodność fauny morskiej.
  • Badania Oceanu Arktycznego.
• Badania oceanologiczne Arktyki są w czołówce międzynarodowych priorytetów naukowych.
• Celem artykułu jest zasygnalizowanie najważniejszych problemów naukowych w badaniach Arktyki oraz poinformowanie o wkładzie polskich uczonych.

Zmieniający się klimat

• W latach 80. ukazała się praca AAGAARDA I CADRMACA (1989), która zainspirowała programy badawcze.
• Programy to Arctic Ocean Climate System Study (ACSYS), Arctic Paleoriver Discharge (APARD), Quarternary Evolution of North Atlantic (QUEEN).
• Współczesna cyrkulacja oceaniczna (Pętla Broeckera/Conveyor Belt) regulowana jest przez bilans zasolenia w strefie Atlantyku (GIN - Greenland, Icelandic, Norwegian Seas).
• Mechanizm cyrkulacji oceanu ma dwa „silniki" - w Morzu Weddela (Antarktyda) i rejonie GIN (bardziej wydajny).
• Ciepła i słona woda atlantycka w rejonie polarnym gwałtownie ochładza się jesienią i zimą.
• Zimna i słona woda opada w dół, powodując mieszanie konwekcyjne.
• Tworzenie lodu morskiego wytrąca solankę, produkując gęstszą wodę, która spływa do basenów abysalnych Atlantyku i uruchamia prąd głębinowy.
• Kluczowa jest ilość słodkiej wody z syberyjskich rzek, topniejących lodowców, pokrywy lodu morskiego wiecznej zmarzliny.
• Obniżenie zasolenia w rejonie GIN spowoduje, że oziębiona woda nie osiągnie strefy abysalnej.
• Rzeki arktyczne dają około 70% dopływu wody słodkiej do Oceanu Arktycznego (3200 km³ rocznie).
• Ablacja lodowcowa szacowana jest dla Arktyki na 1320 km³ rocznie.
• Wody słodkie dopływają do Arktyki w postaci lodu morskiego.

Szczególne przypadki

• Programy stawiają pytanie o konsekwencje zmiennej dostawy wód słodkich do Arktyki.
• Szczególnym przypadkiem formowania się lodu morskiego i produkcji słonych wód są płonie (polynie).
• Powstają na skutek wiatru odlądowego lub ciepłego prądu.
• Pełnią rolę komina cieplnego, oddając ciepło do atmosfery i są ważne dla produkcji pierwotnej, dając schronienie zwierzętom.
• Płonie zapewniają oświetlenie epipelagialu już od kwietnia.
• Produkcja pierwotna trwa dłużej, dostarczając materii organicznej dla fauny dennej (pelago-benthic coupling).
• Oznacza to sedymentację węgla organicznego i uzupełnianie systemu bentosowego przez pelagiczny.
• Polskie działania to udział w International Arctic Polynya Project i programach badań klimatu (ACSYS, VEINS, APARD).

Zagrożenia Środowiska Naturalnego

• Po zakończeniu zimnej wojny oceniane jest skażenie radioaktywne w Arktyce.
• Istniał tam poligon atomowy na Nowej Ziemi, gdzie przeprowadzano eksplozje atmosferyczne, podwodne i podziemne.
• Flota atomowych okrętów podwodnych i lodołamaczy wymieniała reaktory w zagłębieniach szelfu Morza Karskiego.
• Odpady promieniotwórcze topiono bez procedur w rejonie Nowej Ziemi.
• Dane zebrał Murmański Instytut Biologii Morza (MMBI) w 1990 r.
• Arktyczny Council oszacowuje stan środowiska Arktyki.
• Program AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Programme) zainicjowano w 1992 r.
• Badania skażen prowadzą instytucje norweskie i amerykańskie z partnerami w Rosji.
• Firmy naftowe (NESTE, BP, STATOIL, SHELL, TEXACO) finansują badania ekologiczne w ujściach rzek syberyjskich i na wodach szelfowych.
• Eksploatacja ropy i gazu ziemnego niszczy tundrę na Półwyspie Jamał.
• Ochrona fauny koordynowana jest przez CAFF (Conservation of Arctic Flora and Fauna).
• Celem CAFF jest inwentaryzacja zasobów kolonii ptaków morskich, stad ssaków morskich i niedźwiedzi polarnych.
• Morsy atlantyckie, wieloryby grenlandzkie i niedźwiedzie polarne były zagrożone wytępieniem w latach 50-tych i 60-tych.
• Od 1975 r. obowiązuje międzynarodowa ochrona ssaków morskich w Arktyce, ale Eskimosi mają prawo do odstrzału.
• Problemem jest kłusownictwo (nielegalne polowania na morsy i białe niedźwiedzie).

Adaptacje Organizmów do Warunków Polarnych

• Paleooceanografia Arktyki jest słabo poznana z powodu małej ilości prób i zaburzeń osadów dennych.
• Basen Arktyczny uformowano w końcu okresu kredowego, był ciepłym morzem z deficytem tlenu przy dnie.
• Oziębienie Arktyki (4 mln lat temu) nastąpiło później niż oziębienie Antarktyki (27 mln lat).
• Wiek pokrywy paku lodowego w Arktyce jest młodszy (ok. 700 tys. lat).
• Ekosystemy płytkowodne i przybrzeżne są najmłodsze, były przykryte tarczą lodową.
• Włączenie Basenu Arktycznego w Pętlę Broeckera nastąpiło ok. 10 tys. lat temu.
• Warunki fizyczne Oceanu Arktycznego: temperatury od -1.88°C do 2°C, noc polarna do 90 dni, lód morski, promieniowanie UV, obniżenie zasolenia.
• Klimat świetlny jest najważniejszym czynnikiem środowiska.
• Ocean Antarktyczny: 55-70stopień szerokości geograficznej, klimat świetlny okolic Gdańska/Trondheim.
• Niska temperatura nie ma istotnego znaczenia.
• Życie koreluje z dostępnym raz w roku pokarmem.
• W Morzu Północnym obserwuje się 4-5 cykli rozwoju fitoplanktonu i zooplanktonu (temperatura 10-15°C).
• Okolica Tromso: temperatura morza nie spada poniżej +6°C, zakwit glonów ma miejsce tylko raz w roku (jak w wysokiej Arktyce).
• Dyskutowana jest metaboliczna adaptacja do wód polarnych u bezkręgowców (metabolic cold adaptation).
• Klasyczna definicja (DUNBAR 1968): bezkręgowce arktyczne wykazują wyższy metabolizm podstawowy w zimnej wodzie.
• CLARKE (1980): Arktyczne zwierzeta obniżają wydatki energetyczne na wzrost i aktywność.
• U skorupiaków można prześledzić szeregi gatunków bliźniaczych ilustrujących tą tendencję - duże arktyczne gatunki pochodzą od mniejszych borealnych form atlantyckich.
• „Typowo polarne" przystosowania można tłumaczyć koewolucją gatunku ofiary i żywiciela/dostosowaniem do niszy troficznej/sezonowością pokarmu.
• Niska temperatura wody nie wymaga specjalnych przystosowań od bezkręgowców morskich.

Bioróżnorodność

• W powszechnej świadomości ekosystemy polarne ubogie w gatunki lecz bogate liczebnie nie sprawdzają się w morzu.
• Rodzaj siedliska jest kluczowy - porównania między podobnymi siedliskami.
• Fauna zasiedlająca muliste dno (głębokość 20-30m) jest tak samo zróżnicowana na Jawie, w Wielkiej Brytanii i na Spitsbergenie.
• Wody szelfowe archipelagu Svalbard zamieszkuje około 2000 gatunków makrofauny.
• Ważna kwestią jest rola gradientów środowiska fizycznego (ocieplenie, transport wody słodkiej, zawiesin).
• Nowe siedlisko zajmowane jest przez grupę wyspecjalizowaną gatunków pionierskich, po których mogą przyjść gatunki właściwe dla danego siedliska?
• Obszary odsłaniane przez lodowce są idealne do testowania takich hipotez.
• Lodowce niektórych fjordów Spitsbergenu cofają się w tempie 500 m na rok.
• Powiązaniem produktywności i bioróżnorodności fauny morskiej wzdłuż wymienionych gradientów zajmuje się program BIODAFF.

Środowisko lodu morskiego

• Około 14 mln km² w Arktyce pokryte jest lodem dryfującym.
• Tylko ok. 10% pokrywy lodowej znika latem w Arktyce.
• Większość paku lodowego to wieloletni lód dryfujący o grubości 3 m i wieku 3-5 lat.
• Intensywnie badany, postępujące ocieplenie będzie najbardziej widoczne w Arktyce.
• Lód morski jest środowiskiem życia.
• Produkcja pierwotna Arktyki jest 14-krotnie większa niż w dawniejszych modelach.
• Ostatnie wyniki wskazują na girlandy glonów przyrastających w dolnych partiach starego lodu.
• Morze zawiera co najmniej 340 unikalnych gatunków glonów.
• Fauna związana z lodem morskim dzieli się na:
  • Autochtoniczne: spędzają w lodzie cały cykl.
  • Allochtoniczne: tylko w pewnych fazach.
• Skorupiaki obunogie są najważniejsze ilościowo, np. Gammarus wilkitzkii
• Autochtoniczna fauna lodowa : Amphipoda (Apherusa glacialis, Onisimus nanseni, O. glacialis), Mysidacea(Mysis polaris), widłonogi-Copepoda dwa gatunki Harpacticoida i jeden Calanoida.
• Zespół badawczy pracował na stabilnej, zimowej pokrywie lodowej (fast ice) fjordów Spitsbergenu, Grenlandii i Wyspy Ellesmera.
• Wykazano odrębność fauny i flory paku lodowego od zbiorowisk z lodem zimowym.