Нові дослідження в показують, що гуано пінгвінів в Антарктиці є важливим джерелом амонійних аерозольних частинок, які сприяють формуванню та утриманню низьких хмар, що охолоджують клімат, відбиваючи частину сонячного світла назад у космос.
Ці знахідки підкреслюють зростаюче усвідомлення того, що складна мережа життя на Землі відіграє значну роль у формуванні клімату планети. Навіть на малих рівнях, виміряні частинки амонію з гуано взаємодіють з сульфуровими аерозолями від морських водоростей, що запускає хімічну реакцію, внаслідок якої формується мільярди дрібних частинок, які служать ядром для крапель водяної пари.
Низькі морські хмари, які часто покривають великі ділянки Південного океану навколо Антарктиди, є невизначеним фактором у кліматичній системі, оскільки вчені не до кінця розуміють, як вони реагуватимуть на підвищення температури, спричинене людською діяльністю. Одне нещодавнє дослідження припустило, що значне підвищення середньої глобальної температури в 2023 і 2024 роках, яке продовжується й у цьому році, сталося частково через зменшення покриття цими хмарами.
“Я постійно здивований глибиною того, як одна маленька зміна впливає на все інше,” – зазначив Метью Бойер, співавтор нового дослідження та атмосферний вчений з Інституту атмосферних і земних досліджень Гельсінського університету. “Це дійсно свідчить про глибокий зв’язок між екосистемними процесами та кліматом. І насправді це синергія між тим, що приходить з океанів, від сульфуроутворюючих видів, і амонієм від пінгвінів.”
Кліматичні виживальники
Аквальні пінгвіни еволюціонували від літаючих птахів приблизно 60 мільйонів років тому, незабаром після ери динозаврів, і пережили численні повільні природні цикли льодовикових періодів та теплі міжльодовикові ери, виживаючи у екстремальних кліматичних умовах, мігруючи до і з регіонів, придатних для життя, що називаються кліматичними притулками, відзначила Роуз Фостер-Дайер, морський та полярний еколог з Університету Кентербері в Новій Зеландії.
Дослідження 2018 року, яке аналізувало залишки стародавньої “суперколонії” цих птахів, припускає, що між 4000 і 2000 роками тому могло існувати “оптимальне” кліматичне вікно для пінгвінів, принаймні для деяких видів у певних частинах Антарктиди, розповіла вона. Різні види пінгвінів адаптувалися до різних екологічних ніш, і ймовірно, що вони зіткнуться з різними наслідками, спричиненими потеплінням, додала вона.
Фостер-Дайер нещодавно проводила дослідження пінгвінів біля моря Росса і зазначила, що зміна клімату може відкрити нові території для наземних гніздувальних пінгвінів види Аделі, які не гніздяться на льоду, як деякі інші види.
“Є свідчення того, що ця вся область раніше мала значно більше колоній … які, можливо, будуть знову заселені у майбутньому,” – додала вона. Вона також більш оптимістично оцінює майбутнє імператорських пінгвінів, найбільшого виду в групі.
“Вони гніздуються на швидкольодових ділянках, і виходить велика кількість публікацій про те, як їх населення, можливо, скорочується, і їхнє середовище проживання під серйозною загрозою,” – зазначила вона. “Але вони пережили так багато різних циклів клімату, тому я думаю, що вони більш адаптивні, ніж їм наразі приписують.”
Всього близько 20 мільйонів розмножуючих пар пінгвінів гніздяться у величезних колоніях по всьому замороженому континенту. Деякі з найбільших колоній, що мають до 1 мільйона розмножуючих пар, можуть займати кілька квадратних миль. Немає точних оцінок щодо загальної кількості гуано, яке пінгвіни виробляють щорічно, але деякі дослідження виявили, що окремі колонії можуть виробляти кілька сотень тонн. Нещодавно були виявлені кілька нових колоній пінгвінів, коли їхні відходи були помічені на детальних супутникових знімках.
Декілька колоній пінгвінів швидко зростають, тоді як інші, здається, зменшуються, але в цілому їхнє середовище проживання вважається під загрозою внаслідок потепління та змін у льодовому покритті, що впливає на їхні запаси їжі. Швидкість потепління, викликаного людиною, для якого немає прецеденту в історії клімату, може загострити загрозу для пінгвінів, які еволюціонують повільніше в порівнянні з багатьма іншими видами, зазначила Фостер-Дайер.
“Все змінюється настільки швидко, що насправді важко висловити щось певне,” – сказала вона.
Останні дослідження показали, що інші види морського життя також важливі для глобальної кліматичної системи. Поживні речовини з пташиного гуano допомагають удобрювати спалахи планктону, що виробляє кисень, а величезні скупчення риби, які живуть у середніх шарах океану, циклічно переносять вуглець вертикально через воду, врешті-решт відкладаючи його в стабільному осадовому шарі на морському дні.
Складні вимірювання
Бойер зазначив, що нове дослідження почалося як наступний етап проекту, пов’язаного з іншими дослідженнями атмосферної хімії в тій же області, поблизу аргентинської бази Марамбіо на острові вздовж Антарктичного півострова. Спостереження з інших команд підказали, що варто більш детально вивчити амоній.
Вчені встановили спеціалізоване обладнання для вимірювання концентрації амонію в повітрі з січня по березень 2023 року. Вони виявили, що, коли вітер дув з боку колонії приблизно з 60 000 пінгвінів Аделі, яка знаходилася близько 8 км, концентрація амонію зросла до 13,5 частин на мільярд — більше ніж у 1000 разів вища за фонове значення. Навіть після того, як пінгвіни залишили цю територію в кінці лютого, концентрація амонію залишалася більш ніж у 100 разів вищою за фоновий рівень.
“Ми використовуємо один інструмент у дослідженні, щоб дати нам хімію газів в момент, коли вони фактично групуються разом,” – сказав він.
“В загальному, амоній в атмосфері погано вимірюється, оскільки його важко виміряти, особливо якщо потрібно досягти дуже високої чутливості при низьких концентраціях, як в Антарктиці,” – відзначив він.
Вітер з запахом пінгвінів
Метою було з’ясувати, звідки надходить амоній, включаючи перевірку попередньої гіпотези, що поверхня океану могла бути його джерелом.
Але розмір колоній пінгвінів зробив їх найімовірнішим джерелом.
“Відомо, що морські птахи виділяють амоній. Ви можете відчути їхній запах. Птахи мають неприємний аромат,” – сказав він. “Але ми не знали, скільки його є. Тому те, що ми зробили в цьому дослідженні, — це кількісно визначити рівень амонію та його вплив на процес утворення хмар.”
Вченим довелося чекати, поки вітер не подме з колонії пінгвінів в напрямку дослідницької станції.
“Якщо пощастить, вітер дме з того напрямку, а не з напрямку генератора електроенергії,” – зазначив він. “І нам пощастило, що ми мали одну конкретну подію, коли вітри з колонії пінгвінів тривали достатньо довго, щоб ми змогли відстежити зростання частинок. Ви могли б бути там рік, і це могло б не статись.”
Амоній з гуано не формує частинки, але прискорює процес їх формування, пояснив Бойер.
“Це насправді диметилсульфід від фітопланктону, який вивільняє сірку,” – сказав він. “Амоній підвищує швидкість формування частинок. Без амонію сірчана кислота може формувати нові частинки, але з амонієм це відбувається в 1000 разів швидше, а іноді навіть швидше, тому ми говоримо про швидкість формування в 4 рази швидше.”
Це особливо важливо для Антарктики, оскільки тут небагато інших джерел частинок, таких як забруднення чи викиди від дерев, додав він.
“Тому сила джерела має значення з точки зору його впливу на клімат з часом,” – пояснив він. “І якщо джерело зміниться, це змінить і кліматичний вплив.”
Потрібно буде провести більше досліджень, щоб з’ясувати, чи має гуано пінгвінів загальний охолоджуючий ефект на клімат. Але, в загальному, він зазначив, що якщо частинки виходять в море й сприяють формуванню хмар, вони матимуть охолоджуючий ефект.
“Цікаво також, якщо хмари знаходяться над льодовими поверхнями, це може призвести до нагрівання, оскільки хмари відбивають менше світла, ніж лід під ними,” – зазначив він. У цьому випадку хмари можуть зменшити кількість тепла, яке світліший лід зазвичай відбиває від планети. Дослідження не намагалося оцінити цей ефект, але це може стати важливим предметом для майбутніх наукових робіт.
Ефект гуано залишається, навіть після того, як птахи залишають місця для розмноження. Через місяць після їх відходу Бойер зазначив, що рівні амонію в повітрі залишалися все ще в 1000 разів вищими за базове значення.
“Виділення амонію є температурозалежним процесом, тому, вірогідно, що, коли прийде зима, амоній замерзне,” – додав він. “Але навіть до того, як пінгвіни повернуться, я б типологічно припустив, що коли температура підвищиться, гуано почне знову виділяти амоній, і пінгвіни пересуваються по всьому узбережжю, тому можливо, що вони просто удобрюють цілу узбережжя амонієм.”