Льодовики як сніжинки: кожен має унікальний вуглецевий підпис

Дослідники з Університету штату Флорида (FSU) зробили значний внесок у перше глобальне дослідження органічного вуглецю, що міститься в льодовиках, і дійшли висновку, що немає двох однакових льодовиків — подібно до сніжинок, які сприяють їхньому формуванню. Ця унікальність має далекосяжні наслідки для розуміння впливу танення льодовиків на навколишнє середовище та глобальний вуглецевий цикл.

Дослідницька група, до складу якої увійшли постдокторантка Емі Холт та професор Роберт Спенсер з Департаменту наук про Землю, океан та атмосферу FSU, проаналізувала молекулярний склад органічного вуглецю в талій воді зі 136 гірських льодовиків, розташованих в 11 регіонах на шести континентах. Вони виявили, що кожен льодовиковий регіон має свій власний, чітко виражений профіль органічного вуглецю — своєрідний «відбиток пальців». Дослідження також показало, що близькість людської діяльності суттєво впливає на тип вуглецю, що вивільняється в річки під час танення, що, у свою чергу, визначає поведінку цього вуглецю в навколишніх водних екосистемах. Результати цієї масштабної роботи були опубліковані в Global Biogeochemical Cycles, журналі Американського геофізичного союзу.

«Ця робота виявила, що льодовики насправді дуже різноманітні, і вони, ймовірно, відіграють різну роль у вуглецевому циклі — безперервному процесі переробки вуглецю на нашій планеті,» — пояснює доктор Холт. «Льодовики та гірські екосистеми зазнають одних із найекстремальніших наслідків зміни клімату. Мене мотивує усвідомлення того, що мої дослідження сприяють нашому розумінню того, як ці середовища можуть змінитися в майбутньому.»

Гірські льодовики, розташовані в альпійських регіонах, значно менші за величезні льодові щити Гренландії та Антарктиди, але їхній вплив на регіональні екосистеми є надзвичайно важливим. Дане дослідження підкреслює, як географічне положення впливає на тип вуглецю, що накопичується в льодовиках і вивільняється під час їхнього танення. Розуміння цього процесу покращує наші знання про те, як тала вода льодовиків впливає на екосистеми нижче за течією, що є життєво важливим для здоров'я глобальних рибних ресурсів, які часто залежать від річок, що живляться льодовиками.

Збір зразків талої води безпосередньо біля джерела вимагав від дослідників значних зусиль: годин виснажливих походів на великих висотах за екстремальних погодних умов. Доктор Холт особисто відвідала близько 40 льодовикових ділянок на Алясці (Північна Америка), в Еквадорі (Південна Америка) та Киргизстані (Центральна Азія). Зразки з решти ділянок були зібрані колегами в Європейських Альпах, Чилі, Гренландії, Непалі, Новій Зеландії, Норвегії, Росії та Уганді. Окрім FSU, до складу міжнародної команди з 12 вчених увійшли представники Швейцарського федерального технологічного інституту в Лозанні та Університету Аляски на Південному Сході.

«Багато людей вважають льодовики ворожим, інертним середовищем, але, на диво, їхній пул органічного вуглецю виявився справді складним і різноманітним,» — каже Холт, яка захистила докторську дисертацію з екологічних наук в FSU у травні 2024 року під керівництвом професора Спенсера. «Ці крихітні органічні вуглецеві сполуки допомагають формувати основу водних харчових мереж, оскільки вони можуть бути джерелом енергії для мікроорганізмів. Ці мікроорганізми, у свою чергу, виділяють вуглець назад в атмосферу під час дихання.»

Льодовики отримують органічний вуглець з різних джерел. Частина його утворюється безпосередньо на поверхні льодовика завдяки життєдіяльності мікробних спільнот (кріоконіт). Інша частина надходить ззовні: це вуглець, принесений вітром із ґрунтів, а також продукти згоряння викопного палива, які осідають на льодовик, покриваючи його побічними продуктами промислової діяльності. У міру танення льодовиків — процесу, що значно прискорюється зміною клімату, — вуглець, накопичений всередині та на поверхні льоду, вивільняється в екосистеми нижче за течією.

«Існувала величезна дискусія щодо джерела льодовикової органічної речовини у глобальному масштабі,» — зазначає Холт. «Минулі дослідження в різних льодовикових регіонах показували, що льодовиковий органічний вуглець може переважно походити від мікробів на поверхні, тоді як інші припускали, що він відображає побічні продукти згоряння викопного палива та недавню діяльність людини. Це дослідження узгоджує ці конкуруючі точки зору, показуючи, що льодовикова органічна речовина є регіонально відмінною і походить з обох джерел.»

Ключовим висновком є те, що відносний внесок цих джерел значно варіюється залежно від регіону. У районах з історією промислової діяльності, таких як Аляска та Непал (де розташована найвища вершина світу Еверест), спостерігається вищий відносний внесок вуглецю, що походить від згоряння викопного палива, порівняно з вуглецем, виробленим мікроорганізмами. Навпаки, зразки з віддалених регіонів Гренландії та Нової Зеландії, де промисловий вплив значно менший, складалися переважно з вуглецевмісних речовин, вироблених мікроскопічними організмами в межах льодовикової екосистеми.

«У короткостроковій перспективі матеріал, що виноситься талими водами льодовиків, може слугувати джерелом біологічно доступного вуглецю для швидкого використання організмами в середовищах нижче за течією,» — говорить професор Спенсер. «У довгостроковій перспективі багато льодовиків зменшаться, скоротяться і зрештою зникнуть через втрату льоду. Це матиме важливі наслідки для приймаючих водних систем, які включають продуктивні рибні промисли, оскільки зміни в джерелах та складі вуглецю можуть вплинути на здоров'я та продуктивність цих екосистем.»

Це дослідження, підтримане Національним науковим фондом США, Фундацією Вінчестера, Міжнародною асоціацією геохімії, Національною лабораторією сильних магнітних полів (штаб-квартира якої знаходиться в FSU) та приватним швейцарським фондом NOMIS, підкреслює складність і вразливість кріосфери Землі та її тісний зв'язок з глобальними біогеохімічними циклами та життєдіяльністю людини. Розуміння унікальних вуглецевих «підписів» кожного льодовика є важливим кроком до прогнозування наслідків зміни клімату для водних ресурсів та екосистем у всьому світі.