Smeltend zee-ijs verandert kleur van de oceaan
Het smeltende zee-ijs verandert niet alleen de hoeveelheid licht die de oceaan binnenkomt, maar ook de kleur ervan. Dat heeft gevolgen voor algen die leven van het licht en het broeikasgas CO₂ opnemen en daarmee ook voor het klimaat, ontdekten UvA-biologen Monika Soja-Woźniak en Jef Huisman.
Smeltend zee-ijs is één van de belangrijkste bewijzen dat de aarde opwarmt. Na een warme februarimaand werd er op de Noord- en Zuidpool historisch weinig zee-ijs gemeten. De afgelopen decennia is de smelt van het zee-ijs hard gegaan, vooral in de Arctische Oceaan op de Noordpool, zegt UvA-hoogleraar aquatische microbiële ecologie Jef Huisman. ‘De voorspelling is dat de Arctische Oceaan over twintig tot dertig jaar in de zomer ijsvrijMet “ijsvrij” wordt bedoeld dat er geen grootschalige oppervlakten met ijs bedekt zijn; er zullen nog losse plekken met zee-ijs zijn. is. Op de Zuidpool is de afname van het zee-ijs pas zo’n tien jaar geleden begonnen, maar ook daar gaat het nu razendsnel.’
Het krimpende ijsoppervlak heeft allerlei gevolgen. Het opent nieuwe scheepsroutes en dat brengt het leven van pooldieren in gevaar. Bovendien is het smelten van zee-ijs een zelfversterkend proces; doordat er meer zee-ijs smelt, warmt de aarde nog sneller op omdat zeewater meer warmte vasthoudt dan ijs.
Een minder voor de hand liggend gevolg van smeltend zee-ijs is dat de kleur van de Noordelijke en Zuidelijke IJszee verandert. Het verschil in lichtkleur tussen zee-ijs en open zee is onlangs in een wetenschappelijk artikel gepubliceerd met als hoofdauteur UvA-onderzoeker Monika Woźniak samen met UvA-collega’s Sander Woutersen en Huisman. Huisman legt het uit: ‘Zee-ijs reflecteert en verstrooit alle kleuren licht en is daardoor wit van kleur. De kleur verandert als het ijs smelt, want zeewater reflecteert en verstrooit het licht minder dan zee-ijs. Zeewater absorbeert vooral het rode en groene deel van het lichtspectrum, terwijl het blauwe licht overblijft. Daarom ziet de oceaan er dus blauw uit,’ zegt Huisman.
Dat het smelten van zee-ijs de kleur van de oceaan verandert was al duidelijk, maar hoé dat precies werkt hebben de UvA-onderzoekers nu in kaart gebracht. ‘Een belangrijke onderliggende oorzaak voor de verschuivingen in lichtkleur heeft te maken met de verandering in moleculaire trillingen van watermoleculen (H₂O) in ijs en water,’ zegt Huisman. In vloeibaar water kunnen de H₂O-moleculen vrij bewegen (trillen), terwijl in ijs de watermoleculen vastzitten. Huisman legt uit dat door de trilling van watermoleculen in vloeibaar water een aantal specifieke golflengten van het lichtspectrum worden weggevangen. Omdat de watermoleculen in ijs geen bewegingsvrijheid hebben, wordt er minder van het lichtspectrum weggevangen en blijven er dus meer golflengten van het lichtspectrum over. ‘Dit fundamentele verschil in het gedrag van H₂O-moleculen in ijs en water draagt bij aan de verandering in lichtkleur,’ zegt Huisman.
Basis van het ecosysteem verandert
De verandering in lichtkleur kan grote gevolgen hebben voor het ecosysteem in de poolgebieden, volgens Huisman. De kettingreactie in het ecosysteem begint bij kiezelwieren die in of onder zee-ijs leven en als gevolg van smeltend zee-ijs kunnen verdwijnen. IJsalgen, waaronder deze kiezelwieren, staan onderaan de voedselpiramide, dat betekent dat zij de basis vormen van alle energie in een voedselketen. Als er iets met deze basislaag gebeurt, kan het hele ecosysteem veranderen, zegt Huisman. En dit gebeurt al. ‘In de zee ten noorden van Canada worden de kiezelwieren verdrongen door een veel kleinere algensoort, die beter is aangepast aan een leven zonder zee-ijs,’ zegt Huisman. ‘Wij zijn de eersten die hebben gekeken naar het effect van de veranderende zeekleur op de primaire basis van het ecosysteem.’ Hoe ernstig deze verandering in het ecosysteem is, kan Huisman niet zeggen, omdat de precieze gevolgen nog niet zijn onderzocht.
De reden dat deze kiezelwieren het lastiger krijgen als het ijs smelt is omdat ze minder makkelijk licht vangen in de open zee. De kiezelwier doet net als planten aan fotosynthese: de wier gebruikt licht en het broeikasgas CO₂ om energie te maken. IJsalgen maken verschillende pigmenten aan, dat zijn kleurstoffen die een bepaalde kleur licht kunnen opvangen. Met pigmenten absorberen de algen licht voor hun fotosynthese. ‘Doordat het ijs smelt is niet meer elke kleur licht beschikbaar in de oceaan, waardoor kiezelwieren een deel van hun pigmenten voor niks maken,’ zegt Huisman. De kleinere alg in Canada die nu de plek van de kiezelwier inneemt maakt vooral pigmenten die blauw licht absorberen, en is daardoor optimaal aangepast aan een omgeving waar veel blauw licht beschikbaar is.
Dit lot geldt niet voor elke soort onderaan de voedselketen, zegt Huisman. De Antarctische schuimalg, een andere alg die aan fotosynthese doet en in de poolzee leeft, kan zijn pigmenten aanpassen aan de verandering in lichtkleur in de zee als gevolg van smeltend zee-ijs. ‘Deze soort zal dus minder snel weggeconcurreerd worden door andere soorten,’ aldus Huisman.
Vergeten factor in klimaatmodellen
Volgens Huisman is de invloed van veranderende lichtkleur totaal nieuw in klimaat- en ecosysteemmodellen van de poolgebieden. ‘De meeste modellen richten zich voornamelijk op het verschil in reflectie tussen ijs en water – ijs weerkaatst meer licht, water neemt licht op. Maar wat daarbij vergeten wordt, is dat niet alle kleuren licht op dezelfde manier worden geabsorbeerd. De kleurverschuiving in het oceaanwater is nieuw terrein.’
Deze verschuiving in oceaankleur heeft niet alleen gevolgen voor het leven in de zee, maar heeft ook een mogelijke feedback op het klimaat. Algen zetten bijvoorbeeld met fotosynthese koolstofdioxide (CO₂) om in zuurstof en daarmee vangen ze een deel van de CO₂ uit de atmosfeer. ‘Voor de fotosynthese van algen is lichtkleur cruciaal. Als je het effect van algen op de wereldwijde CO₂ concentraties wil modelleren voor klimaatmodellen, moet je rekening houden met welke lichtkleur beschikbaar is.’ En dat gebeurt tot nu toe nog niet, volgens Huisman. Ook voor onderzoekers die poolecosystemen bestuderen is de verandering van de basis van het voedselweb belangrijk om mee te nemen, volgens Huisman.
Wat de veranderingen in lichtkleur precies betekent voor het wereldwijde klimaat, is nog niet duidelijk, zegt Huisman. ‘Ik vermoed wel dat dit effect aanwezig is. Maar de klimaatmodellen moeten nog uitwijzen wat er precies kan gebeuren.’
