Smeltend zee-ijs verandert kleur van licht in de oceaan

Het Nederlands-Deense onderzoek bestudeerde hoe het verlies van zee-ijs het licht in water verandert. Zee-ijs en zeewater verschillen immers fundamenteel in de manier waarop ze licht doorlaten. Zee-ijs verstrooit het licht en kaatst het terug waardoor weinig licht diep doordringt.

Het weinige licht onder het zee-ijs bevat daardoor nog bijna alle kleuren. Zeewater absorbeert het rode en groene deel van het lichtspectrum, terwijl blauw licht viel dieper in het zeewater doordringt. Dat is de reden waarom zeewater er blauw uitziet.

Moleculaire vibraties van water

Een ander belangrijk verschil in de optische eigenschappen van ijs en water is de rol van de zogeheten ‘moleculaire vibraties’ van water. In water hebben H2O-moleculen de vrijheid om te trillen en ook dat heeft invloed op het lichtspectrum.

In ijs zitten de watermoleculen vast in een kristalrooster, een structuur die de bewegingsvrijheid van de moleculen beperkt en dat heeft gevolgen voor de manier waarop licht geabsorbeerd wordt. In ijs is absorptie beperkter waardoor onder ijs een breder lichtspectrum behouden blijft. Dit fundamentele verschil draagt bij aan de verandering in lichtkleur die optreedt bij het smelten van zee-ijs.

Verschuiving in soorten

Het gevolg van die fundamentele verschillen in optische eigenschappen is dat wanneer zee-ijs verdwijnt en plaatsmaakt voor open water, het lichtspectrum verschuift van een breed scala aan kleuren naar de diepblauwe kleur van de open oceaan. Die spectrale verschuiving blijkt van cruciaal belang te zijn voor de fotosynthese.

“De fotosynthese pigmenten van algen onder het ijs zijn geëvolueerd om optimaal gebruik te maken van het weinige licht dat in meerdere kleuren door dik ijs en sneeuw doordringt,” legt onderzoeker Monika Soja-Woźniak uit. “Wanneer het ijs smelt komen ze in een blauwe wereld terecht, waarop deze organismen minder goed zijn afgestemd.”

Volgens de onderzoekers kan deze verandering in lichtsamenstelling niet alleen de fotosynthese beïnvloeden maar ook leiden tot een verschuiving in de soorten die floreren in de veranderende omgeving. Zo kunnen algensoorten die gespecialiseerd zijn in blauw licht een sterk concurrentievoordeel krijgen ten opzichte van andere soorten.

Ecologische implicaties

Deze dynamiek heeft verstrekkende ecologische implicaties, zegt mede-onderzoeker Jef Huisman. “Fotosynthetische algen vormen de basis van het Arctisch voedselweb. Veranderingen in hun productiviteit of soortensamenstelling kunnen doorwerken naar andere soorten in het voedselweb, zoals vissen, zeevogels en zeezoogdieren.”

Het onderzoek maakt duidelijk dat klimaatverandering in de poolgebieden niet alleen leidt tot het verdwijnen van ijs, maar ook fundamentele verschuivingen veroorzaakt in andere cruciale processen in het ecosysteem.

De resultaten benadrukken de noodzaak om meer aandacht te besteden aan het lichtspectrum en de fotosynthese in klimaatmodellen en oceaanvoorspellingen, vooral in poolgebieden waar de snelheid van klimaatverandering ongekend hoog is, aldus het onderzoek.