Почему лёд Гренландии темнеет и начинает таять быстрее

Гренландский ледяной щит — один из крупнейших резервуаров пресной воды на планете. Его поверхность в основном ярко-белая и отражает большую часть солнечного излучения (высокое альбедо). Однако в последние два десятилетия спутниковые снимки фиксируют появление и расширение заметной полосы пониженной отражательной способности вдоль западного края ледника — так называемой «тёмной зоны». Эта область, шириной 50-100 км и длиной сотни километров, ежегодно темнеет в летний период таяния, из-за чего лёд поглощает значительно больше солнечной энергии и тает быстрее.

Тёмная зона располагается в нижней части ледника, где летнее таяние превышает накопление снега. Её появление связано не только с изменением климата, но и с биологическими и физическими процессами на поверхности льда. Главный фактор современного потемнения — массовое развитие ледниковых водорослей, преимущественно из группы Zygnematophyceae (стрептофитовые водоросли, в частности Ancylonema).

Эти микроскопические организмы живут в верхних сантиметрах поверхностного льда и образуют плотные цветения в тёплый сезон. Водоросли вырабатывают тёмные фенольные пигменты (иногда их называют «пурпурные защитные фенолы»), в основном пурпурного и коричневого цвета, которые защищают клетки от интенсивного ультрафиолета, но одновременно резко снижают отражательную способность поверхности (альбедо) и работают как естественный солнцезащитный экран. Если чистый снег отражает до 80-90 % падающей радиации, то в тёмной зоне этот показатель может снижаться до 30-40 %, а локально — ещё ниже.

Исследования с использованием дронов и спутниковых данных показывают, что именно распределённые биологически активные примеси, в первую очередь эти водоросли, определяют пространственный рисунок тёмной зоны и её низкое альбедо в период таяния.

Именно они ответственны за основную часть потемнения льда, хотя пыль и сажа также вносят вклад. Эти организмы демонстрируют удивительную устойчивость. Они эффективно поглощают и хранят ограниченные питательные вещества (особенно фосфор и азот), что позволяет им колонизировать новые участки даже в условиях дефицита питания.

Тёмная зона начала активно проявляться и расширяться примерно с начала 2000-х годов. За последние 20 лет тёмная зона превратилась из локального явления в значимый фактор. Но почему же водоросли так активно размножаются именно сейчас?

По мере глобального потепления снежный покров на леднике тает раньше и отступает выше, обнажая всё большую площадь чистого льда. На этом льду создаются идеальные условия для водорослей: жидкая вода в виде тонкой плёнки или лужиц, а также питательные вещества.

Важнейший элемент питания — фосфор, который поступает преимущественно с ветровой пылью из местных обнажённых горных пород (в частности, из минерала гидроксилапатита). Пыль оседает на льду, растворяется в талой воде и подпитывает цветения. Это запускает положительную обратную связь. Чем больше таяния, тем больше обнажённого льда и пыли, и, как следствие, больше водорослей. В итоге, потемнение становится ещё сильнее, а таяние ещё интенсивнее.

По оценкам учёных, цветения ледниковых водорослей увеличивают поверхностное таяние в юго-западной части Гренландии примерно на 10-13 %. В отдельные сезоны вклад может быть ещё заметнее. В 2017 году, например, водоросли в зоне тёмной полосы вызвали дополнительный сброс талой воды на уровне около 10 % от того, что растаяло бы без них. По мере дальнейшего отступания снеговой линии и удлинения сезона таяния площадь, доступная для колонизации водорослями, растёт. Последние исследования показывают, что водоросли способны расширять свою зону обитания дальше вглубь ледника.

В итоге тёмная зона — это сложное явление, в котором климатические изменения и биологические процессы взаимно усиливают друг друга. Микроскопические водоросли превратились в один из важных факторов, определяющих скорость потери массы Гренландским ледяным щитом и, соответственно, вклад в повышение уровня Мирового океана.