Niedawne badanie na Antarktydzie wskazało, że emisje pochodzące z odchodów pingwinów mogą pomóc schładzać Antarktydę. Sprawdziliśmy, jak to możliwe.
Jak powszechnie wiadomo, poważnym zagrożeniem dla wielu gatunków (w tym pingwinów) na Antarktydzie jest ocieplanie się tego kontynentu. Wiąże się bowiem z coraz mniejszą pokrywą lodową, która po prostu się topi. Zmiany klimatu dokuczliwie wpływają na zwyczaje uroczych ptaków – ich żerowanie, gniazdowanie, a także unikanie drapieżników.
Okazuje się jednak, że zagrożone zwierzęta przyczyniają się do spowolnienia procesu „podgrzewania” Antarktydy. Skąd to wiemy?
Zespół naukowy z Uniwersytetu Helsińskiego rozstawił stacje pomiarowe niedaleko argentyńskiej bazy Marambio na wyspie Seymour (północna część Półwyspu Antarktycznego) w okresie letnim (10 stycznia – 20 marca 2023). Badano zawartość amoniaku w powietrzu.
Stacje zostały rozmieszczone w rejonie kolonii pingwinów Adeli, liczącej około 60 tysięcy osobników. Pomiary przeprowadzono zarówno wtedy, gdy wiatr wiał znad kolonii pingwinów, jak i znad oceanu. W pierwszym przypadku odnotowano znaczący wpływ ulatniającego się amoniaku z guana. Czujniki zarejestrowały stężenie NH₃ do 13,5 ppb (czyli 13,5 cząsteczki amoniaku na miliard cząsteczek powietrza atmosferycznego). Natomiast w drugim przypadku – w tzw. poziomie tła (bez wpływu źródeł naturalnych i antropogenicznych) – stężenie amoniaku było znacznie niższe. Badacze obliczyli, że było ono ponad 1000 razy mniejsze i oscylowało poniżej 0,01 ppb.
Pingiwnie guano pomaga w tworzeniu chmur
W tym samym czasie liczniki cząstek wykrywały nowe cząstki atmosferyczne. Są to aerozole (drobne cząstki stałe lub ciekłe zawieszone w powietrzu), które powstają w procesie nukleacji (zarodkowania) i wzrostu. Inicjują one zalążki jąder kondensacji chmur. Brzmi to skomplikowanie, ale w gruncie rzeczy sprawa jest prosta.
Guano pingwinów dostarcza takich związków chemicznych jak dimetyloamina (DMA) i amoniak (NH₃). Są one potrzebne do reakcji z cząsteczkami kwasu siarkowego (H₂SO₄) obecnymi w atmosferze. Z kolei fitoplankton morski emituje dimetylosiarczek (DMS), który w serii reakcji chemicznych prowadzi do powstania wspomnianego H₂SO₄.
Oba procesy – lądowy (pingwiny) i morski (fitoplankton) – sprzyjają formowaniu się nowych cząstek atmosferycznych. Te cząstki działają jako wspomniane wcześniej jądra kondensacji chmur. I tu dochodzimy do sedna. Dzięki nim tworzą się bowiem chmury odbijające promieniowanie słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną. W rezultacie do powierzchni Antarktydy dociera mniej promieni słonecznych. Ten proces sprzyja lokalnemu ochłodzeniu, zwłaszcza w miejscach o wysokim stężeniu amoniaku – a więc tam, gdzie żyją kolonie pingwinów.
Mniej pingwinów = ocieplenie Antarktydy
Naukowcy od dawna wiedzą, że związki siarki w atmosferze sprzyjają chłodzeniu klimatu – zarówno poprzez bezpośrednie tworzenie aerozoli odbijających promieniowanie, jak i pośrednio, przez wzmacnianie powstawania chmur. Mniej wiadomo natomiast o klimatycznej roli amoniaku.
Ostatnie badanie wskazuje, że amoniak powstający z odchodów pingwinów współdziała z produktami pochodzącymi z fitoplanktonu. Ten złożony proces prowadzi do efektywnego tworzenia nowych cząstek atmosferycznych – a te, jeśli osiągną odpowiedni rozmiar, inicjują powstawanie chmur. A chmury – jak już ustaliliśmy – zmniejszają nagrzewanie powierzchni Ziemi.
Główny autor badania, Matthew Boyer, fizyk z Instytutu Badań Atmosfery i Systemu Ziemskiego (INAR) z Uniwersytetu Helsińskiego, powiedział agencji AFP: – Badania laboratoryjne od dawna wykazywały, że gazowy amoniak może sprzyjać powstawaniu chmur. Ale dotąd nie udało się dobrze udokumentować tego procesu w kontekście Antarktydy.
Procesy chemiczne związane z fitoplanktonem i odchodami pingwinów Boyer nazwał synergicznymi – wspólnie wzmacniają produkcję aerozolu. Zaznaczył jednak, że temat wymaga dalszych, pogłębionych badań.
– Dostarczamy dowodów na to, że zmniejszająca się populacja pingwinów może powodować dodatnie sprzężenie zwrotne w postaci ocieplenia klimatu w letniej atmosferze Antarktydy – piszą autorzy badania. Zwracają tym samym uwagę, że ochrona bioróżnorodności może realnie wspierać łagodzenie zmian klimatycznych. Boyer zaznaczył jednak, że wpływ odchodów pingwinów na klimat należy traktować jako hipotezę wymagającą dalszej weryfikacji.
„Dowód na to, że powinniśmy chronić bioróżnorodność”
Badania emisji odchodów ptaków nie są zupełnie nowe – prowadzono je już wcześniej zarówno w Arktyce, jak i w Antarktydzie. Emisja amoniaku z guana była już mierzona w poprzednich latach na obu półkulach.
Nowatorskim elementem obecnego badania jest natomiast połączenie pomiarów:
- stężenia amoniaku (do 13,5 ppb),
- obecności nowych cząstek atmosferycznych (NPF),
- powiązania tych pomiarów z tworzeniem jąder kondensacji chmur (CCN) oraz obserwacjami chmur i mgieł.
Naukowcy wskazują przy tym, że pokrywy lodowe i lodowce kurczą się, a tym samym ubywa powierzchni silnie odbijających promieniowanie słoneczne. Nagrzana, odlodzona powierzchnia Antarktydy sprzyja większemu parowaniu latem, co może nasilać procesy chmurowe. Co więcej – aerozole powstające z synergii wspomnianych emisji mogą prowadzić do tworzenia chmur, które nie tylko chłodzą, ale także zatrzymują promieniowanie podczerwone, co potencjalnie sprzyja lokalnemu nagrzewaniu się atmosfery – tworząc kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne.
W obszarze kolonii pingwinów Adeli jednak, jak podkreśla Boyer, główny autor badania, przeważa efekt chłodzący, dzięki chmurom tworzonym przez lokalne źródła aerozolu. Podsumowuje to następującymi słowami::- To kolejny przykład głębokiego związku między ekosystemem a procesami atmosferycznymi – i dowód, dlaczego powinniśmy chronić bioróżnorodność – podsumował Boyer.
Zdjęcie tytułowe: Steve Allen/Shutterstock
