קרח ים: ביתן של האצות

אם אתם חושבים על קוביות קרח, כמו אלה ששׂמים במשקאות קרים בקיץ, כמעט אי אפשר להאמין שמשהו יכול לחיות בתוכן. אולם קרח הים, שהוא קרח שנוצר מקפיאה של מי ים, אכן יכול להיות ביתם של אורגניזמים זעירים. כיצד זה אפשרי, והיכן האורגניזמים האלה חיים? מי אוקיינוס מכילים גם מלח וגם אצות. כאשר המים קופאים, חלק מגרגירי המלח האלה, וחלק מהאצות, נותרים כלואים בקרח. גרגירי המלח ממיסים חלק מהקרח שסביבם, ויוצרים בועות קטנות שמלאות במים מלוחים [1]. הבועות האלה נקראות כיסי מי מלח. כיסי מי המלח יכולים להיות בגודל של עד חמישה מילימטרים, קוטרו של עיפרון, והם גדלים עוד במהלך עונות האביב והקיץ. מאחר שאצות הן קטנות יותר ממילימטר אחד, הן יכולות לחיות בנוחות בתוך כיסי מי המלח (איור 1). כאשר קרח הים מתעבה, כיסי מי המלח נדחפים אל עבר תחתית קרח הים. לכן, אצות חיות בעיקר בשכבה התחתונה של קרח הים (איור 1).

מה גודלו של בית האצות?

קוביית קרח במשקה שלכם היא קטנה יחסית; אתם יכולים לקחת אותה ביד בקלות. מה גודלו של קרח ים? קרח ים מכסה חלקים גדולים באוקיינוס הארקטי. הוא מתחיל להיווצר בסתיו, כאשר האוויר נעשה קר יותר ויותר, והוא מגיע להיקף המרבי שלו בחורף המאוחר (פברואר עד מרץ). קרח הים מתחיל להצטמצם שוב באביב המאוחר, כשהשמש מחממת את האטמוספרה ואת פני השטח של הקרח, וגורמת לקרח להימס. אנו יכולים לדמיין קרח ים כשמיכה גדולה שמכסה את האוקיינוס הארקטי. השמיכה הזו גדלה כשקר, ומתכווצת שוב כשחם יותר. קרח הים גם נעשה עבה יותר בחורף, ושוב דק יותר בקיץ. לעיתים, קרח הים מתקמט, והוא גם יכול להישבר לפיסות בגדלים משתנים – מפיסות קטנות בקוטר של כמה מטרים בלבד, ועד לפיסות גדולות של כמה קילומטרים. בחורף, הקרח הכי עבה, השמיכה היא הכי גדולה, וישנם הכי הרבה קמטים.

ההיקף של קרח הים בחורף יכול להגיע ל-14 מיליון קילומטרים רבועים, אזור בגודל של כ-2 מיליארד מגרשי כדורגל, והוא יכול בקלות להיות בעובי של 2 מטרים, כמו גובהו של שחקן כדורסל. כשהוא מתקמט, קרח הים יכול ליצור קפלים שנמצאים בגובה של 3 או 4 מטרים מעל למים, ויכולים להגיע לעומק של 15-10 מטרים אל תוך המים. יתרה מזו, בחורף, שלג מצטבר על גבי קרח הים. עוביו של השלג הוא בדרך כלל 30-20 סנטימטרים. אם אתם מדמיינים את קרח הים הארקטי כבית שמאוכלס על ידי אצות, האצות יחיו במרתף, בחלק התחתון של קרח הים, שלעיתים קרובות מכוסה על ידי “גג” של שלג.

אצות צריכות לאכול... ולהיאכל

כדי שהאצות יחיו, הימצאותו של בית אינה מספיקה, כמובן; הן גם זקוקות למזון. אצות הן צמחים, ולכן זקוקות לאור שמש ולפחמן כדי לבצע פוטוסינתזה [2], וליצור את האנרגיה שדרושה לגדילתן. מי הים לרוב מכילים פחמן, ולכן בכל כיס מי מלח יש מעט פחמן שיכול לשמש את האצות. מה לגבי אור השמש? באוקיינוס הארקטי במהלך הקיץ, הימים נעשים כל כך ארוכים שאין לילה במשך חודשיים. מצד אחר בחורף, הלילות כל כך ארוכים שאין בכלל אור. לכן, האצות יכולות לגדול רק בקיץ, כאשר יש אור שמש, והן מתות בחורף, כשחשוך. אצות מתות מפורקות, וחומרי המזון שלהן ממוחזרים, באותו האופן שקורה לצמחים שגדלים על היבשה. אצות הן חשובות מאחר שהן מקור מזון לְחיות. כמו על היבשה, האוקיינוס מאוכלס על ידי חיות קטנות שאוכלות צמחים. החיות האלה דומות לשרימפס או לחרקים, אולם הן קטנות מאוד. החיות שאוכלות צמחים נאכלות לאחר מכן על ידי חיות גדולות יותר, כמו דגים. דגים נאכלים על ידי ציפורים ואריות ים, שבתורם נאכלים על ידי הטורפים הגדולים ביותר באזור הארקטי: דובי קוטב. אם כן, אצות קרח ים חשובות באזורי הקוטב מאחר שהן החוליה הראשונה בשרשרת המזון הימית הארקטית.

דרך ארוכה מהשמש אל כדור הארץ

האור שאנו מקבלים בכל יום על כדור הארץ מתחיל מהשמש, הכוכב המוכר שלנו. האור הזה, שנשלח באופן קבוע על ידי השמש בצורת קרניים, צריך לעשות מסע ארוך דרך מערכת השמש כדי להגיע לכדור הארץ. ברגע שקרני השמש מגיעות לכדור הארץ, הן צריכות לעבור את האטמוספרה לפני שהן יכולות לספק לנו אנרגיה ולחמם אותנו. האטמוספרה היא שכבה עצומה של אוויר סביב לפני השטח של כדור הארץ – אוויר שמאפשר לנו לנשום. היא מורכבת מהרבה מולקולות זעירות של גזים שונים. כאשר קרני השמש חוצות את האטמוספרה, חלק מהן מוחזרות חזרה לחלל על ידי מולקולות גז, וגם על ידי טיפות מים קטנות שיוצרות עננים (איור 2). קרניים אחרות נספגות על ידי החלקיקים. אם כן, רק מעט יותר ממחצית קרני השמש (55%) יגיעו אל פני השטח של כדור הארץ [3].

המסע הקשה של אור השמש דרך קרח הים

למדנו שאצות חיות בתחתית של קרח הים, שיכולה להיות מכוסה על ידי שלג. למדנו גם שכמו צמחים, אצות זקוקות לאור שמש כדי לגדול. אולם כיצד אור השמש מסוגל לעבור דרך הקרח העבה והשלג כדי בסופו של דבר להגיע לאצות הקטנות, ולספק להן אנרגיה? שכבת השלג מורכבת ממספר גדול של פתיתי שלג שארוזים יחד. מרבית אור השמש שפוגע בשלג מוחזר חזרה לאטמוספרה, מאחר שהשלג מתנהג כמעט כמו מראָה. זוהי הסיבה לכך שקשה להסתכל ישירות על שלג בוהק כשהשמש זורחת. ממש כמו באטמוספרה, חלק מאור השמש נספג על ידי פתיתי השלג, מחמם את השלג ותורם להמסה שלו. אך הרבה יותר קשה לאור השמש לעבור דרך שלג מאשר דרך האטמוספרה, מאחר שפתיתי השלג ארוזים בצורה צפופה יותר ממולקולות הגז הזעירות באטמוספרה. אולם חלק מהקרניים מוצאות את דרכן. הקרניים האלה שכן עוברות דרך שכבת השלג, יפגשו את קרח הים שמתחתיה. לקרני השמש קל פי עשרה לעבור דרך קרח הים בהשוואה לשלג, מאחר שקרח הים לרוב נקי יותר מהשלג, עם פחות חלקיקים ובלי פתיתי שלג. אך קרח הים בדרך כלל עבה יותר מהשלג, מה ששוב מקשה על אור השמש להגיע למקום המחיה של האצות. בסופו של דבר, חלק מקרני השמש מגיעות לבועות שבהן חיות האצות ומאפשרות לאצות ליהנות מקצת אור שמש. אולם זה לא הסוף! ברגע שקרני השמש מילאו את האצות באנרגיה, חלק מהקרניים שנותרו ממשיכות את מסען עמוק יותר אל מי האוקיינוס, ונותנות את האנרגיה שלהן לצמחים ולחיות אחרים, עד שנעשה שימוש בכל קרני השמש (איור 2).

מה לגבי עתיד האצות?

פעילויות רבות שאנו עושים כבני אדם הובילו לזיהום, שגרם להתחממות של האטמוספרה, מה שאנו מכנים שינויי אקלים, או התחממות האקלים. התחממות האקלים יכולה להימדד כבר כיום, והיא תמשיך להתקיים זמן רב בעתיד. חשוב שנבין מה תהיה המשמעות של ההתחממות הזו באזורים שונים בכדור הארץ לרבּות באזור הארקטי. מתברר שהאזור הארקטי מתחמם מהר יותר משאר כדור הארץ, מה שמוביל לכיסוי מופחת של שלג ולקרח ים דק יותר. כתוצאה מכך, קל יותר לאור השמש למצוא את דרכו דרך הקרח כדי להגיע לאצות. עבור האצות, משמעות הדבר היא שבעתיד ככל הנראה יהיה יותר אור שמש זמין, ולכן יותר אנרגיה להשתמש בה כדי לגדול. אולם מדענים מכל רחבי העולם חישבו שבזמן כלשהו בעתיד קרח הים ככל הנראה ייעלם לחלוטין בכל קיץ. אם כך יקרה, כבר לא יהיה בית שבו אצות קרח הים יוכלו לחיות. משמעות הדבר היא ששינויי אקלים מהווים איום גדול על אצות קרח הים.

מחקר ארקטי מנסה להבין את ההשלכות של שינויי אקלים על האזור הארקטי, על האטמוספרה, על קרח הים, על האוקיינוס, על הצמחים והחיות ועל בני האדם. המיקוד שלנו הוא באצות קרח הים ובמקום שבו הן חיות, שהוא כיסוי קרח הים של האוקיינוס הארקטי. אנו מספרים להרבה אנשים לרבּות פוליטיקאים על עבודתנו ועל מה שגילינו לגבי השינויים באזור הארקטי, כדי שיוכלו לקבל מושג טוב יותר על מה שקורה כעת ועל מה שעשוי לקרות בעתיד. הידע הזה יסייע לנו לקבל את ההחלטות המתאימות עבור עתיד כדור הארץ שלנו.

מילון מונחים

קרח ים (Sea Ice): ↑ מי אוקיינוס קפואים.

כיסי מי מלח (Brine Pockets): ↑ בועות קטנות של מי ים מלוחים בתוך קרח הים.

פוטוסינתזה (Photosynthesis): ↑ תהליך שבו צמחים משתמשים באור שמש כדי לייצר מזון ואנרגיה.

מולקולות (Molecules): ↑ חלקיקים קטנים מאוד שמהווים את החומר שממנו מורכב כל חומר מוצק, נוזל וגז.

שינויי אקלים/ התחממות אקלים (Climate Change/ Climate Warming): ↑ עלייה עולמית בטמפרטורה ושינוי באקלים כתגובה לפעילויות אנושיות.

הצהרת ניגוד אינטרסים

FK ו-MK הועסקו על ידי החברה Ocean Atmosphere Systems GmbH.

שאר המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהיעדר כל קשר מסחרי או כלכלי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.