От облаков до фьордов: Арктика свидетельствует об изменении климата

Две исследовательские группы из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) изучают последствия изменения климата в Арктике. Одна команда исследовала состав воздуха и влияние биологических аэрозолей на образование облаков, а другая отправилась в Гренландию для измерения парниковых газов, растворенных в водах фьордов, питаемых ледниковой водой.

Изменение климата в Арктике происходит в 3–4 раза быстрее, чем в среднем по планете. Это влияет на биологическую активность в океане, производство биологических аэрозолей и, как следствие, на образование облаков. Облака могут как усиливать, так и ослаблять потепление в регионе в зависимости от состояния морского льда. Ученые стремятся понять точный состав облаков и происхождение частиц-«зародышей» для ледяных кристаллов и капель воды.

Первое исследование, опубликованное в Elem Sci Anth, впервые количественно оценило содержание флуоресцирующих биологических аэрозолей (в основном бактерий и частиц, содержащих аминокислоты) в арктическом воздухе. Данные были собраны в ходе годовой экспедиции MOSAIC (2019–2020) с помощью лазерного прибора. Эти аэрозоли являются эффективными «зародышами» для льда, способствуя его образованию уже при –9°C. Ученые обнаружили сезонные изменения: зимние «всплески» аэрозолей предположительно переносились из отдаленных районов, а резкий рост их концентрации в июне совпал с пиком биологической активности (высоким уровнем хлорофилла в воде). Это указывает на вклад местных биологических частиц в образование ледяных ядер в центральной Арктике.

Второе исследование, опубликованное в npj Climate and Atmospheric Science, с помощью машинного обучения проанализировало данные об аэрозолях и погоде за последнее десятилетие. Оно впервые определило метеорологические факторы, стоящие за производством метансульфоновой кислоты (MSA) — важного морского аэрозоля, образующегося при цветении фитопланктона и являющегося ключевым компонентом ядер конденсации облаков. Модель показала, что солнечная радиация, облачный покров и содержание влаги в облаках — критически важные факторы. Прогноз на следующие 50 лет указывает на вероятное уменьшение MSA весной и значительное увеличение осенью из-за сезонных изменений в осадках и заметного сокращения морского льда.

Эти результаты подчеркивают важность естественных источников аэрозолей для арктической климатической системы и их грядущие drastic изменения. Ученые планируют новые экспедиции, включая проект Tara Polar Station для сбора данных в центральной Арктике в течение 20 лет.

Газы, хранящиеся во фьордах Гренландии, могут способствовать глобальному потеплению

В июне 2024 года другая команда EPFL работала в двух диких фьордах Гренландии в рамках международной экспедиции GreenFjord (2022–2026). Их цель — картировать количество растворенных на глубине парниковых газов, чтобы выяснить, могут ли они усилить глобальное потепление через естественные механизмы обратной связи.

Ученых интересует вклад Гренландии в глобальные выбросы. В прошлые межледниковые периоды частично освободившиеся ото льда территории могли быть покрыты тундрой и бореальными лесами, чьи богатые органикой почвы при разложении выделяют CO₂ и CH₄. Эти газы могли сохраниться в базальном льду у основания ледникового щита. Исследователи разработали специальные приборы для измерения растворенного метана (CH₄) и закиси азота (N₂O) на различных глубинах (до 700 м) в двух типах фьордов на юго-западе Гренландии.

Первый тип — фьорд, питаемый ледником, оканчивающимся в море (Икерсуак/Бреде-фьорд/Сермилик). Здесь ледниковая вода поступает из-под плавучего языка ледника, образуя слой поверх морской воды. Второй тип — фьорд Тунуллиарфик, питаемый ледником, оканчивающимся на суше, чья талая вода поступает с поверхности. Различия в физической структуре водной толщи и поступлении питательных веществ влияют на микробиологию и судьбу парниковых газов в этих двух системах.

Ученые смогли приблизиться к фронту ледника в морском фьорде на судне Sanna и паруснике Forel, чтобы измерить, сколько метана поступает через подледниковую водную систему. Ключевой вопрос: сколько парниковых газов высвобождается при таянии ледниковой воды, достигает побережья и потенциально попадает в атмосферу? В условиях разрушающегося ледникового щита Гренландии такие механизмы могут стать неожиданным дополнительным источником выбросов помимо антропогенных.

Эта работа исследует возможные естественные механизмы обратной связи, давая важное представление о будущем климата, где еще много неопределенностей и неизвестных процессов.