文摘
地球变暖的北极戏剧性的变化。海冰覆盖面积在减少,剩下的就是更年轻和更薄的冰。我们参加了一个去北极考察,研究这些变化如何影响生物生活在冰层之下。这个探险后,我们发现风暴可以更容易地打破薄的冰。风暴在海冰形成裂缝,让阳光进入下面的水,这使得藻类增长成为可能。藻类微观“植物”,在水或海冰生长。风暴还带了厚厚的大雪,把冰面以下水。这淹没了雪和创建的泥浆。我们发现这对藻类泥浆是另一个很好的栖息地。如果北极海冰继续瘦,风暴越来越普遍,我们希望这些藻类的栖息地在未来将变得更加重要。
介绍
北极海冰的层冷冻水覆盖了地球上最北的海洋。海冰动作不断地回应洋流风,也对温度变化敏感。过去数米厚,只会在夏天部分融化。与当前增加温度由于气候变化,越来越多的在夏季冰融化。这意味着现在更大冰盖年轻又薄的一部分,因为它只有一个冬季生长(1]。这些变化对气候系统的影响和生物生活在北冰洋(了1])。例如,冰层厚度变化影响的阳光和热量到达海洋。更多的热量积累在地表水导致少冰增长和进一步的冰融化。更多的阳光下冰使更多的海洋藻类的生长。自藻类负责食品生产植物在陆地上一样,重要的是要知道有多少和哪种类型的藻类生长在北冰洋。这将帮助我们预测其他生物,如鱼类和海鸟会回应。在2015年,我们参加了一个在北极考察队于收集数据,这将帮助我们应对这一挑战。
研究考察期间,挪威研究船名叫兰斯被锚定在北冰洋海冰退出(图1,2;(2])。船漂流的海冰生龙活虎的,不使用电机功率。从1月到2015年6月,我们用船作为基础进行测量大气中,冰,和海洋,如温度、积雪深度、冰厚度和藻类的数量和类型(图2)。测量从探险教给我们关于新特性出现在北冰洋进行气候变化的结果。了解更多关于项目去我们的网页www.npolar.no nice2015或寻找# nice2015arctic社交媒体。在这里,我们将解释我们的研究结果对海冰的变化如何影响藻类的“家”,海冰,潜在的海洋栖息地。
- 图1研究区域的地图,用漂移轨迹的研究船兰斯,海冰运动模式,和温暖的洋流用箭头指示(见图例)。
- 阴影部分的面积是通常的海冰覆盖范围。图片背景是蓝色大理石下一代(NASA)。
- 图2 -(一)研究船兰斯冻结在海冰探险。
- 我们的一些研究设备,比如帐篷和雪橇,船是可见的。照片:Seb Sikora。(B)在冬天,太阳不会升起在北极。每天晚上持续24小时,在黑暗中必须完成的工作。例如,很难看到北极熊!照片:家用亚麻平布Wallenschus。(C)海水采样通过海冰上的一个洞。照片:马塞尔Nicolaus。(D)通过显微镜拍摄一群藻类(棕囊藻属pouchetii但是此属)观察到形成一个盛开下的水冰。照片:约瑟夫有意。(E)绿色和棕色泥浆在冰下的雪:这是海藻!照片:汉娜Kauko。(F)硅藻链的显微镜图片:这是藻类的类型,我们在泥浆中找到。照片:N-ICE2015生物学团队。
什么东西使得藻类生长在哪里生长?
海冰生物学家,我们尤其感兴趣的研究藻类。几乎所有的食物产生的海洋藻类,有能力生产有机糖利用阳光,就像陆地植物。这个过程称为光合作用。在水柱和在海冰,藻类是显微镜下小冰被称为浮游植物和藻类,分别。
在春天,我们惊奇地发现大量的浮游植物生长在冰面下的水(3]。通常,很少阳光到达海冰下面的水,因为它反映了白色的冰雪。大多数在场的浮游植物的物种棕囊藻属pouchetii但是此属(图2 d)。这是单细胞藻类物种但细胞可以连接在一起,形成殖民地,0.2毫米直径的,哪些是可以看到裸露的眼睛。
在春天,我们的探险的末尾,我们发现大量的藻类的冰,在一层厚厚的积雪和相对薄冰层覆盖(图2 e;(4])。通常,冰藻的主要栖息地是冰的底部与海水相互作用。当我们分析这些藻类社区在显微镜下,我们发现他们的物种通常在水柱中发现,如chain-forming硅藻(图2 f)。这些物种不是典型的海冰。
找出这些藻类之间最终冰雪,使藻类增长可能在这些栖息地,也就是说,不同类型的“房屋”,我们转向海洋和海冰物理的同事听到发生了什么事的冰层覆盖前几个月(图3)。
- 图3 -探险期间,我们做了许多有趣的生物研究。
- 大气中的物理过程的观察,雪,冰,和海洋在冬季有助于解释为什么藻类生长在特定的栖息地。照片用于卡通(从1到8的顺序):保罗•多德Polona Itkin,保罗•多德Seb Sikora Mar Fernandez-Mendez, Marcel Nicolaus, Mar Fernandez-Mendez,天使爱美丽迈耶。
风暴浮冰分解成小块
一些最令人兴奋的过程中我们观察到我们的研究考察期间发生的几个强大的冬季风暴。这些风暴来自南部和带来了强风,空气温度快速变化,大雪5]。
强风在风暴推周围的冰,它砸成碎片,使其更脆弱和变形,更像是一个巨石字段(5]。这种开放水域的开放领域,称为线索。最终这些领导被薄冰覆盖,但他们仍然让大量的阳光穿过,而厚冰覆盖着雪(6]。
连接我们所有的调查结果,我们发现导致使藻类生长在海冰,允许必要的阳光为藻类通过光合作用[3]。我们发现的藻类,棕囊藻属pouchetii但是此属,可以应付变化之间的低光下厚厚的冰层和高强度下会比其他一些藻类,这或许可以解释它的成功在这种类型的冰(3]。
大雪把冰面低于水,让它洪水
在我们的研究考察,我们的同事,海冰的物理学家,发现了一个出人意料的深层的雪在海冰上。这一层雪大约是半米厚。雪积累的海冰在几位风暴在冬天早些时候5]。
我们发现冰层很薄与积雪层。雪的蓬松的结构使其成为一个高度有效的绝缘毯在冰。这使冰温暖,而冷的气氛,因此阻碍了冰厚在寒冷的冬天盛开。
在一些场合,我们看到大雪的重量推冰的表面水位以下。想象一下坐在漂浮在池塘游泳。这导致冰雪被海水淹没,这创造了一层泥浆。加上水,少量的藻类被带到顶端的冰。这些藻类以类似的方式行动的种子,开始一个藻社区在泥浆层,能够解释我们发现水柱的物种。泥浆创建一个藻类生长和繁殖的好地方,因为有更多的阳光比冰下有更少的动物(浮游动物)吃4]。
海冰也可以融化
融化的冰还可以让它更薄、更轻的积雪表面,导致洪水。除了被阳光融化在春天和夏天,海冰融化从下面即使水是几度温暖。在风暴期间,强风下面的冰和海洋冰搅拌,混合了暖水从深层表面融化的冰(7]。这是一个特殊的过程,发生在北极的某些部分,在温暖的北大西洋洋流的流向北极冰盖下(图1)。这温暖的大西洋水通常是大约2°C,这是几个度比寒冷的北极水域2°C。与全球海洋变暖,我们可以预期,在未来海洋将能够融化的海冰从下面的帮助即使没有风暴:温暖的大西洋水在海洋表面只需要5°C一样温暖融化的海冰非常有效,没有额外的搅拌引起的风暴(8]。
Conclusions-What未来北极像海藻吗?
我们认为,在我们考察我们看到未来新藻生活在北极。我们知道冰层正在逐渐变薄,从而积雪会厚冰。这可能使泥浆层更常见的出现,使其在未来藻类的重要栖息地。更深层次的雪覆盖造成更频繁的风暴也可能使其更常见。
冬季的风暴频率正在增加,这可能是由于气候变化。随着北极海冰继续瘦,变得更加敏感,这些冬季风暴。我们希望更容易,冰层就会破裂,让更多的阳光穿过在未来,这可以使藻类增长低于冰更经常发生。
我们的研究有助于预测北极海冰覆盖的不同部分如何应对气候变化,以及北极生态系统可能会改变结果。但仍有几个问题我们没有回答:例如,这已经发生在北极和北极它将如何进展?海洋会怎么样,当所有的冰都融化在夏天吗?什么类型的藻类将生活在未来北极?有如此多的更多的发现!
术语表
北极:↑北极是一个极地地区位于地球最北端的一部分,通常定义为北极圈以北地区(66°33′N)。大约60%的北极海,其中大部分被全年海冰覆盖。
海冰:↑海冰是冰冻的海水。它形成、生长和海洋中融化。相比之下,冰山、冰川和冰架上形成土地和淡水的压实的雪。
洋流:↑海洋洋流描述水的运动从一个位置到另一个地方,类似于大气中的风。洋流是由风、水密度差异,和潮汐。洋流影响地球的气候从赤道驾驶温水和冷水从环绕地球的两极。
藻类:↑生物生长在水里像植物一样,可以固定大气中的碳在陆地上。在高北极地区,藻类都很小,单细胞生物。
栖息地:↑一个地方或区域与特定的环境条件,在某些类型的生物生存。
光合作用:↑藻类和植物转化的过程,借助阳光,大气中的无机碳或水成的有机化合物,如糖,他们使用的增长。其他生物依靠这些糖和其他化合物的食物。此外,释放氧气的过程。
硅藻:↑类型的单细胞藻类,一堵墙由一个叫做硅酸盐矿物,就像玻璃。他们在大海非常丰富,重要的在北极食物网。有许多不同种类的硅藻和他们在显微镜下可以被识别。
生态系统:↑一个生态系统是一个团体或社区的相互关联的生物及其环境。海洋生态系统的例子包括珊瑚礁,深海,当然北极的生态系统。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
确认
N-ICE2015竞选前中心领导和支持的是冰,挪威极地研究所的气候和生态系统。挪威研究委员会项目繁荣或萧条(没有。244646)是中央的生物运动的一部分,包括支持香港期间N-ICE2015运动。MF-M Arktis支持项目2030年由外交部和中国气候和环境,挪威(项目ID北极)。我们还要感谢N-ICE2015项目领导和同行的科学家,和房车兰斯的船长和船员的援助。我承认支持弧卓越中心的极端气候(CE170100023)。π是287871年挪威研究委员会支持的项目。
引用
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