”Alt vand har ‘fingeraftryk’, der peger på, hvor det kommer fra”, fortæller en oceanograf her i artiklen, og det udnytter han til at kortlægge havvandets rejsedagbog på tværs af oceanerne. Særligt med fokus på Arktis og Golfstrømmen, som netop nu udsættes for ændringer fra blandt andet den smeltende permafrost.
Forestil dig, at vandet i Stillehavet er grøn te, floderne i Sibirien er Earl Grey-te, smeltevand fra havisen er kvædete, og Atlanterhavet er kamillete. Hælder du det hele sammen i én kop, er det stadig te, men nu med nogle andre egenskaber, end de enkelte kopper te havde hver især. De molekyler, der gjorde hver te særlig, findes dog stadig i samme forhold, som da de var i hver sin kop.
Tankeeksperimentets ophavsmand er professor i kemisk oceanografi ved DTU Aqua Colin Stedmon, og det beskriver mere eller mindre, hvad han laver til hverdag. Han arbejder nemlig med at kortlægge og forstå dynamikkerne, blandingsforholdene og oprindelsen af det vand, der udgør Det Arktiske Ocean. Det er nemlig en vigtig brik i at forstå det kæmpestore transportbånd af vand i oceanerne, der fordeler varmt og koldt vand og dets medfølgende klima mellem verdensdelene. Og det haster med at forstå det, for hele systemet er under udvikling, som han siger.
”Der er jo en teori om, at flere af de foregående istider skyldtes, at der på kort tid kom store mængder ferskvand ind i havet, som så ændrede havstrømmene og dermed klimasystemet. Prøver fra havbunden rundt omkring i verden viser efterhånden ret tydeligt, at det nok er sådan, det hænger sammen,” siger han og forklarer, at der lige nu kommer meget store mængder ferskvand ud i havet i Nordatlanten og Arktis. Både fra Grønlands Indlandsis og havis og stigende mængder fra den smeltende permafrost rundt om i hele den Arktiske Tundra.
”Ferskvandstilførslen vil sandsynligvis have en effekt på havstrømmene, men præcis hvordan og hvornår det vil påvirke, ved vi ikke. Vi ved bare, at systemet er i gang med at blive ændret, og vi vil gerne finde ud af hvordan.”
Arktis og Golfstrømmen
Havstrømmene i verdenshavene drives primært af forskelle i vandets massefylde skabt af forskelligt saltindhold og temperatur. Saltvand er tungere end mindre salt vand, og derfor vil meget salt vand synke nedad, og mindre salt vand flyde opad. Sammen med forskelle i temperatur sætter det vandmasserne i bevægelse. Derfor kan en øget tilførsel af ferskvand ændre havstrømmene eller endda standse dem.
Siden havstrømmene også transporterer varme med sig fra varme egne til koldere områder, vil en standsning af en havstrøm betyde, at varmetransporten også stopper, så de kolde områder bliver endnu koldere. For eksempel vil det gælde for Nordeuropa, hvis Golfstrømmen stopper. Den henter nemlig varme med fra Caribien, strømmer forbi Europa op i Arktis, køles af, synker nedad, strømmer tilbage sydpå og så videre (se herunder). Man kan se denne formildende effekt af Golfstrømmen ved at sammenligne temperaturer for samme breddegrad i Europa og Nordamerika. I Danmark er vores middeltemperatur for eksempel 6 til 12 grader, mens den i Winnipeg i Canada er minus 16 til plus 20 grader. Golfstrømmen giver os nordeuropæere en mild og mere stabil temperatur, og uden den vil især vinteren være meget koldere.
Denne proces afhænger i stor udstrækning af, at der oppe i Arktis tilføres ferskvand til det salte havvand fra Atlanten, fortæller Colin Stedmon. Sådan har det fungeret i mange tusind år (se fig. 6 herunder).
”Den tiltagende optøning af Arktis (herunder permafrosten, red.) er en relativt ny ting, som bidrager yderligere til fortynding af havvandet i både Arktis og Nordatlanten, og hvad det præcis vil betyde for systemet af havstrømme, ved man ikke. Udover at det først vil ændre forholdene i Arktis og derfra formentlig kunne forplante sig videre til Golfstrømmen,” siger han.
Vand har ‘fingeraftryk’
Ud over bare at forstå ændringen bedre nu og her vil Colin Stedmon og kollegerne gerne indsamle så meget viden, at de kan lave forudsigelser for, hvordan ændringerne påvirker andre systemer. Også mange år ud i fremtiden.
”Hvis vi forstår de fysiske og kemiske aspekter af den her stigende fortynding, kan man bedre opstille en model for, hvad det betyder for resten af havet, herunder det biologiske system – som vi selv er en del af,” siger Colin Stedmon.
“Sommetider kan vi bestemme oprindelsen helt ned til den enkelte flod”
Colin Stedmon, professor ved DTU
Derfor er forskerne blandt andet i gang med at undersøge, hvordan vandet fra forskellige ferskvandskilder fordeler sig rundt i det kolde ocean. For vand er ikke bare vand, og da slet ikke i havstrømsanalyser, fortæller Colin Stedmon. For når permafrosten tør, og vandet løber ud i en flod og ud i Det Arktiske Ocean, kommer der en hel masse opløst organisk materiale med, forkortet DOM for Dissolved Organic Matter. Altså bittesmå rester af for længst døde planter, dyr og mikrober. En god del af det vil være helt opløst i smeltevandet, ligesom organisk materiale opløses fra teblade og bliver til te.
”Alt vand har et ’fingeraftryk’, der peger på, hvor det kommer fra. Når det løber fra floderne ud i havet, opløses det med en masse andet vand fra andre områder, men vi kan faktisk stadig måle rester af det kemiske fingeraftryk, vandet fik med i starten af sin rejse. Sommetider kan vi bestemme oprindelsen helt ned til den enkelte flod baseret på de opløste rester af planter og andre organismer, vi finder.”
På samme måde optræder der også forskellige blandinger af organisk materiale i vand fra havet, hvor der lever en anden type organismer end på land.
Kilder til organisk materiale
Colin Stedmon og kollegerne kan på den måde hive en liter vand op fra flere hundrede meters dybde midt ude på havet i det koldeste nord og stadig se, hvor stor en del af vandet der kommer fra de sibiriske floder mange hundrede kilometer væk. På samme måde kan de faktisk genkende vand fra hver af de fire hovedkilder, der fører vand ind i Det Arktiske Ocean (se fig. 6 ovenfor):
• Atlanterhavet: Lav DOM-koncentration (konc.) fra plankton
• Stillehavet: Middel DOM-konc. fra plankton
• Floder: Høj DOM-konc. fra landplanter/permafrost
• Smeltevand fra havisen: Meget lav DOM-konc. fra mikroorganismer og luften
Hver slags vand kan simpelthen kendes på sit fingeraftryk af organisk materiale, som stadig kan spores, selvom alt vandet er blevet blandet sammen. Ligesom med teen.
Golfstrømmens indre
Ændringen i vandets indhold af opløst organisk materiale på sin tur rundt i oceanet kan tydeligt måles. Colin Stedmon viser på sin computer en farverig graf, som forestiller et tværsnit af havet i det såkaldte Fram Stræde mellem Svalbard og Nordøstgrønland – den nordligste del af Golfstrømmen. Der er kolde blå farver i øverste vestlige hjørne og varme røde farver i nederste østlige hjørne (se fig. 8 herunder).
”Her kan du se det varme, men alligevel tunge saltvand i Golfstrømmen, der er på vej mod nord i den østlige side af strædet (øverste panel). Her er indholdet af organisk materiale meget lavt (nederste panel). Det løber forbi det afkølede, mindre salte vand, der er på vej den anden vej i den vestlige side af strædet, hvor saltindholdet er markant højere (midterste panel),” forklarer han.
Præcis hvor dette indhold af organisk materiale stammer fra oprindeligt, er det, han og kollegerne prøver at forstå for at kunne lave føromtalte ’model for det hele’. Eller, som Colin Stedmon indimellem selv ser det, optrævlingen af en kriminalgåde!
”Det hele er lidt som i de der CSI-serier. Vi har en masse vandprøver og informationer om fysiske og kemiske forhold og egenskaber, og så er det min opgave at finde ud af, hvad der er i de prøver, og hvad der er sket med dem, inden jeg fik dem. Er vandet fra floder i Sibirien? Fra havisen? Eller fra Stillehavet? Måske alle tre? Hvad er der sket med vandet, for at det endte der, hvor jeg fandt det?”
Tværsnit af Arktis
For at kunne løse kriminalgåden har Colin Stedmon og holdet derfor indsamlet opblandings-, temperatur- og DOM-data for intet mindre end hele Det Arktiske Ocean. I ti nøje udvalgte (og kæmpestore) områder indsamlede små undervandssensorer data til forskerne fra 2011 til 2021. Dertil kom to større felttogter med store forskningsskibe. Her kunne de se, at indhold og sammensætning af opløst organisk materiale varierede ganske meget i takt med, at vandet bevægede sig rundt og blev blandet sammen med input fra de forskellige ’ferskvandskilder’.
Med de mange automatiske undervandssensorer kunne forskerne også måle indholdets variation i dybden, så de også kunne følge blandingen ned til 800 meters dybde. Vandet bevæger sig nemlig også op og ned på sin rejse, og det blev ekstra tydeligt med målingerne af organisk materiale.
”Vores studie viser tydeligt, at måling af indhold og fordeling af forskellige slags opløst organisk materiale giver en langt større indsigt i vandets rejse og opblanding end kun salt og temperatur, som man typisk bruger til at undersøge havstrømme med. Flere steder kan man ikke se forskel på vandet ud fra saltindhold og temperatur, men DOM-indholdet viser stadig forskellig oprindelse,” siger Colin Stedmon.
Ændrede økosystemer?
Det var dermed første svømmetag af mange mod den samlede model over ferskvandets fordeling i Arktis via havstrømmene, samt dets mulige påvirkning på de havstrømme i fremtiden. For ud over at en masse ferskvand potentielt kan få havstrømme som Golfstrømmen til at ændre sig eller standse, kan der også være andre effekter, som man ikke bare sådan lige kan forudse. For eksempel i selve økosystemet i havet, som i høj grad er baseret på det organiske materiale, der findes i vandet.
”En del af det organiske materiale spises af bakterier og plankton, som selv spises af større dyr. Måske der er nogle arter, der er bedre end andre til at udnytte denne nye tilførsel af organisk materiale fra permafrosten? De bliver måske pludselig langt mere udbredte end før, måske på bekostning af andre arter? Det ved vi ikke endnu,” siger Colin Stedmon.
Et andet eksempel på afledte effekter er selve dannelsen af havisen, som er afhængig af tilførslen af koldt ferskvand, som er med til at lægge et koldt låg på den relativt varme Atlanterhavsstrøm. Uden de kolde floder var havisens udbredelse måske langt mindre, simpelthen fordi overfladevandet ville være for varmt til at fryse. Men omvendt kan man ifølge Colin Stedmon ikke bare konkludere, at der må komme mere havis, når der kommer mere ferskvand.
”Det afhænger af mange andre faktorer, men jo mere data vi får indsamlet på vandmassernes bevægelser, des bedre vil vi kunne svare på det,” siger han og fortæller, at han og holdet netop nu er i gang med at udvikle nye, automatiske undervandssensorer, der kan ’sejle’ ind under havisen og indsamle data derfra året rundt.
”De vil kunne give os data fra de steder, vi på grund af havisen ikke har kunnet måle før. Det bliver et vigtigt fremskridt.”
Mød eksperten
Colin Stedmon
Professor i kemisk oceanografi, Danmarks Tekniske Universitet (DTU)
