Jak mořský fytoplankton ovlivňuje podnebí?

Otázky týkající se globálního oteplování jsou probírány na mezinárodních kongresech i v základních školách. Z všudypřítomnosti těchto diskusí plyne také pestrá škála názorů, ve kterých není snadné se orientovat.

Pokud chceme porozumět mechanismům, které ovlivňují klimatologický chod naší planety, musíme se vydat na zatím poněkud tenký led mezioborové spolupráce na poli oceánografie, klimatologie, biologie, geochemie a mnoha dalších disciplín.

Hypotéza CLAW¹⁾

V osmdesátých letech minulého století vznikla teorie, která se zabývá zpětnovazebnými mechanismy mezi mořským fytoplanktonem a lokálním klimatem (Vesmír 71, 310, 1992/6). Hypotéza CLAW se týká zejména oblastí, které jsou vzdálené kontinentu a neleží na severní polokouli (jež je ovlivněna průmyslovými sloučeninami síry). Předpokládá se, že hlavním zdrojem síry pro vznik srážkových kondenzačních jader je zde metabolický produkt fytoplanktonu zvaný dimethylsulfidpropionát. Tato sloučenina se mění na dimethylsulfid (DMS) a v atmosféře podléhá oxidaci na sírany, které mohou sloužit jako kondenzační jádra. Na nich kondenzuje vodní pára z atmosféry, a tak vzniká oblačnost.

Jak CLAW předpokládá, větší počet drobných kondenzačních jader v mraku zvyšuje jeho albedo. To vede ke snížení množství záření dopadajícího na povrch oceánu a poklesu teploty. Zpětnovazebný systém se pak uzavírá změnou v produkci fytoplanktonního DMS.

Proč ne CLAW?

V posledních letech se od myšlenky vlivu DMS na tvorbu kondenzačních jader ustupuje. Z nových dat o chemickém složení aerosolů nad oceánem plyne, že na tvorbě kondenzačních jader se podílejí i jiné látky než jen oxidované formy DMS. Jde o krystalky mořské soli a organické částice, které jsou slepeny z částí mikroorganismů, bílkovin či polysacharidů. Oba tyto typy aerosolů se dostávají do atmosféry bublinkami vzduchu, jež vystupují mořskou vodou k hladině. Významným urychlovačem prostupu pevných či kapalných částic z oceánu do atmosféry je vítr. Kvůli existenci aerosolů, které nevznikají z DMS, nemůže množství kondenzačních jader dostatečně citlivě korespondovat se změnami v koncentraci DMS.

Zajímavá se zdá i další výtka ze studie popírající teorii CLAW a sice, že koncentrace aerosolů ovlivňuje nejen mikrofyzikální děje v oblaku, ale i jeho makroskopickou strukturu. Oblak, který obsahuje velké množství drobných kondenzačních jader, má sice větší albedo, nicméně se hůře trhá, což může celkový efekt zvyšování albeda zpomalovat. Proti hovoří i modely simulující vliv záření a povrchové teploty na produkci DMS, které ukazují, že jde o velmi slabou závislost.

Jak ovlivňují monzuny primární produkci?

Nepřekvapí asi, že podnebí a mořské proudění hraje v oceánech obrovskou roli v distribuci živin, na nichž je závislá primární produkce fytoplanktonu. Dobrým příkladem, kde můžeme vliv podnebí na primární produkci snadno pozorovat, jsou oblasti se sezonními monzunovými srážkami.

Monzunové proudění je typické například pro Indický oceán. Srážky se tu tvoří kvůli vzestupu vzduchových mas nasycených vodní parou v oblasti intertropické zóny konvergence. V blízkosti rovníku se střetávají přízemní větry proudící směrem od pólů (pasáty) a stoupají vzhůru, čímž vzniká tlaková níže. Při vzestupu pasátů kondenzuje vodní pára nasbíraná během cesty od obratníků a vzniká mohutná konvektivní oblačnost, ze které vypadávají srážky. Intertropická zóna konvergence se přesouvá v závislosti na ročním období. V zimě se nachází okolo 10° šířky na jižní polokouli, v létě naopak na severní. Letní podnebí je tudíž v těchto oblastech severní polokoule vlhké a teplé, neboť přichází letní monzun se silnými dešti. Zimní monzun vane opačným směrem, z pevniny, a je proto suchý a studenější.

Právě tyto změny v hojnosti srážek působí výrazně na mořský fytoplankton. Existují studie, které se zabývají množstvím a rozmístěním DMS přítomného v povrchových vodách Indického oceánu a jeho změnami během roku. Z měření v Arabském moři vyplývá silná závislost obsahu DMS a zároveň primární produkce na letním monzunu přinášejícím srážky. Obsah DMS rovněž roste, pokud se přibližujeme k pevnině, což je možné vysvětlit splachem živin z kontinentu.

Pro fytoplankton hrají srážky očividně velice důležitou roli. Není divu, že existují tendence hledat mechanismy, kterými by fytoplankton srážky do určité míry ovládal, jak se o to pokusila teorie CLAW. Existence silného zpětnovazebného systému založeného na DMS je však podle současných znalostí nepravděpodobná. Zpochybňuje ji zejména nedostatek citlivosti jednotlivých změn vůči sobě.

Přestože DMS není hlavním hnacím motorem lokálních srážek, neznamená to, že se mořská biomasa nijak nepodílí na produkci aerosolů, jež dávají vznik kondenzačním jádrům. Biomasa hraje podle chemických rozborů mořských aerosolů důležitou roli, o jejímž rozsahu zatím nemáme jasnou představu.