Under den arktiske is vågner et våben mod den globale opvarmning

Og det omskriver klimahistorien

Dybt under den arktiske havisdække udfolder der sig et overraskende levende system af mikrober, alger og næringsstoffer. Det, der i årtier lignede et goldt hvidt felt på klimakortet, viser sig nu at være en aktiv scene for kemiske processer, som påvirker det globale kulstofkredsløb – og dermed også hastigheden af den globale opvarmning.

Et formodet ødeland bliver til fremtidens laboratorium

Det Arktiske Ocean blev i årtier betragtet som et koldt næringsfattigt ingenmandsland. Ekstrem kulde, sparsomt lys, tyk is – næsten ingen regnede med betydelig biologisk aktivitet her. Nye måleekspeditioner tegner nu et helt andet billede.

I takt med sommerisens tilbagegang strømmer mere sollys ned i vandet. Samtidig frigøres partikler og organisk materiale fra den smeltende isdække. Det skaber ideelle betingelser for mikroorganismer, som hidtil næsten ikke fandtes i modellerne.

I fokus står såkaldte diazotrofer. Disse mikrober kan omdanne molekylært nitrogen fra luften til ammonium. Dette kemiske trin gør nitrogen tilgængeligt for alger. Uden denne omdannelse ville størsteparten af nitrogenet forblive ubrugeligt for livet i havet.

Det, der før blev anset for et biologisk tomrum, leverer pludselig næringsstoffer til et helt fødevæb – lige under isen.

Et forskerhold ledet af biologen Lisa von Friesen fra Københavns Universitet har gennem målinger med forskningsskibene Polarstern og Oden påvist, at disse diazotrofer er aktive selv under flerårig is. Særligt overraskende: Det drejer sig ikke kun om klassiske cyanobakterier, som man primært kender fra varme have, men om en bred gruppe såkaldte ikke-cyanobakterielle bakterier, der overlever i mørke, iskolde dybder.

Nitrogen som gnisten til et arktisk kulstofmagasin

Nitrogen-fiksering er mere end en kemisk kuriositet. Den står i begyndelsen af en hel fødekæde og griber direkte ind i klimabalancen.

Aktuelle data, offentliggjort i Communications Earth & Environment, viser, at nitrogen-fikseringsraterne i dele af Det Arktiske Ocean når værdier, der kan matche tempererede breddegrader. Der blev målt op til 5,3 nanomol nitrogen per liter per dag – og det fra smeltezonen ved iskanten til fjerntliggende regioner som Wandel-havet.

For alger er det en gave. Hvor mere reaktivt nitrogen er tilgængeligt, vokser phytoplankton og isalger tættere og længere. Disse planteorganismer optager under fotosyntesen kuldioxid fra atmosfæren og indbygger det i deres biomasse.

Hvert ekstra milligram algebiomasse betyder også yderligere bundet CO₂ – i hvert fald i en vis periode.

En del af denne biomasse synker efterfølgende til dybere vandlag eller helt ned på havbunden. Denne proces, ofte beskrevet som den "biologiske pumpe", virker som et naturligt kulstofmagasin. Netop i Arktis, hvor vandmasser synker og forbliver længe i havets indre, kan bundet kulstof fjernes fra klimaet i årtier til århundreder.

Fra mikrobefilm til isbjørne – en kædereaktion

Den nye nitrogenkilde under isen ændrer ikke kun klimaet, men også selve det arktiske økosystem. Mere algevækst betyder mere føde til zooplankton som krill og hoppekrebse. Disse danner igen grundlaget for fisk, fugle og havpattedyr.

Dermed viser sig en klassisk fødekæde:

• Diazotrofe mikrober fikserer nitrogen fra atmosfæren.
• Alger udnytter det reaktive nitrogen og vokser hurtigere.
• Zooplankton æder algerne og optager det bundne kulstof.
• Fisk, fugle og havpattedyr nyder godt af det rigere fødetilbud.

Nitrogen-fikseringen bliver dermed til en ubemærket motor, der driver både økosystemets produktivitet og CO₂-optagelsen.

Hvor sikker er dette "våben" mod klimaforandringerne?

Begrebet våben lyder lokkende, men virkeligheden er mere kompleks. Den arktiske nitrogen-fiksering kan ikke standse den globale opvarmning, den kan højst bremse den en smule. Hvor stærk denne effekt bliver, afhænger af mange variabler.

For det første forbliver det uklart, hvor meget af det kulstof, som algerne binder, der på lang sigt ender i dybvand eller sedimenter. Størstedelen foråndes igen i fødevæbet, hvorved CO₂ returnerer til atmosfæren. Kun den lille andel, der faktisk synker dybt nok, tæller som permanent lager.

For det andet forandrer klimaforandringerne selv de fysiske forhold i oceanet. Smeltevand fortynder de øvre vandlag, strømme forskyder sig, næringsstofgradienter tegnes på ny. Disse ændringer kan forstærke eller svække mikrobernes aktivitet.

Det Arktiske Ocean arbejder på et ekstra CO₂-filter, mens jorden samtidig smelter væk under fødderne på det.

Forskere ser derfor et spændingsfelt: Regionen leverer nye muligheder for naturlig klimabeskyttelse, men destabiliseres af den samme opvarmning, som den kunne afbøde.

Risici og mulige bivirkninger

Mere biologisk aktivitet betyder ikke automatisk gode nyheder. I nogle scenarier kunne øget produktivitet føre til midlertidige iltmangel-zoner, når store mængder organisk materiale nedbrydes. Bakterier forbruger derved ilt og frigiver igen CO₂.

Desuden forskyder sammensætningen af arter sig med nye næringskilder. Dominerer eksempelvis en bestimmelse bakteriegruppe, kan det fremme giftstoffer eller problematiske blomstringer. I Arktis findes der første tegn på, at artsblandinger forskyder sig mod tilpasningsdygtige, varmeelskende mikrober.

Modeller kommer under pres: Arktis mangler i regnestykket

De aktuelle erkendelser rammer klimamodelleringen på et ømt punkt. Mange globale modeller behandler stadig Det Arktiske Ocean som en region med ringe biologisk aktivitet og næsten ingen nitrogen-fiksering. Denne antagelse stammede fra en tid med få data og meget is.

Med nye måleserier ændrer billedet sig, men modelsystemerne følger kun langsomt efter. Lasse Riemann, medforfatter til studierne, kræver derfor, at arktisk nitrogen-fiksering systematisk indbygges i simuleringer af den marine produktivitet. Ellers undervurderer prognoser muligvis havenes CO₂-optagelse – eller ligger betydeligt ved siden af den regionale fordeling.

Den, der ignorerer Arktis i nitrogen-kredsløbet, regner med et jordsystem, som ikke længere eksisterer.

Netop for langsigtede fremskrivninger er det hængende: Allerede små afvigelser i næringsstofstrømme kan opbygge sig over årtier, når de løber sammen med ændringer i is, stråling og havets cirkulation.

Hvad forskere nu især interesserer sig for

Flere spørgsmål driver i øjeblikket den internationale polarforskning:

• Hvor stærkt svinger nitrogen-fikseringsraterne mellem sommer og vinter?
• Hvilke mikrober dominerer i forskellige dybder og regioner?
• Hvordan reagerer disse organismer på ekstreme år med særligt lidt eller meget is?
• Hvor meget af det bundne kulstof ender permanent i sedimentet?

Svar herpå skal kombinerede langtidsmålinger, autonome målebøjer og eksperimenter i laboratoriet levere. Netop kombinationen af genetiske analyser af mikroberne og klassiske næringsstofmålinger anses for lovende.

Hvad dette fund betyder for klimadebatten

Mikroberne under den arktiske is udgør ingen teknisk mirakelløsning. De erstatter ingen emissionsreduktioner, ingen varmeisolering, ingen energiomstilling. De viser snarere, hvor kraftigt jordsystemet stadig reagerer på sin egen måde, mens mennesket fortsætter med at udlede drivhusgasser.

For debatten har det to sider: På den ene side styrker sådanne erkendelser forståelsen for, at naturlige dræn som skove, jord og oceaner fortsat optager kulstof. På den anden side gør de det klart, hvor sårbare disse dræn er. Bliver opvarmningen for kraftig, vælter processer, som i dag stadig virker bremsende.

Et nærmere blik på den arktiske nitrogen-fiksering hjælper også med at placere andre fænomener bedre. Eksempelvis virker tropiske havområder med intensiv nitrogen-fiksering ved første øjekast ens. De fysiske rammebetingelser adskiller sig dog markant: I Arktis spiller is, ekstrem sæsonvariation og blandingsprocesser en central rolle, som mangler i tropebæltet.

For forskningen åbner der sig dermed et naturligt sammenligningseksperiment: Hvordan reagerer den samme biokemiske proces i to næsten modsatte klimazoner? Ud fra sådanne sammenligninger kan der udledes mere robuste regler, som derefter kan indgå i globale modeller.

Den, der vil beskæftige sig dybere med emnet, støder hurtigt på begreber som "biologisk pumpe", "næringsstofbegrænsning" eller "diazotrofe fællesskaber". Bag disse fagudtryk står helt konkrete forløb: For eksempel spørgsmålet om, hvilket næringsstof – nitrogen, fosfor eller jern – der bremser algernes vækst. I Arktis forskyder dette hierarki sig netop nu. Den nyopdagede nitrogenkilde kunne føre til, at andre grundstoffer bliver den begrænsende faktor. Også det ændrer, hvor meget CO₂ regionen kan optage.

Parallelt kører første modelberegninger, som gennemspiller forskellige fremtidsscenarier: mere smeltevand, længere isfri somre, andre havstrømme. Afhængig af forudsætningerne varierer den arktiske nitrogen-fikserings bidrag til det globale kulstofbudget betydeligt. Kun ét står klart: Uden dette "våben i isen" ville udsigterne for det arktiske kulstofmagasin være endnu mere dystre.