Topniejące lodowce wtórnym źródłem rtęci w strefie brzegowej Antarktyki? Cykl "Młodzi naukowcy UG"

Choć Antarktyka mogłaby wydawać się nieskażonym, dziewiczym terenem, od lat stanowi cel wypraw badawczych.  O tym jak faktycznie wygląda ten rejon półkuli południowej rozmawiam z dr Dominiką Saniewską z Wydziału Oceanografii i Geografii Uniwersytetu Gdańskiego, która realizuje projekt  pt. Organizmy bentosowe jako wskaźnik źródeł rtęci w strefie brzegowej Antarktyki na przykładzie Zatoki Admiralicji.

Elżbieta Michalak-Witkowska: - Pracujesz w Zakładzie Chemii Morza i Ochrony Środowiska Morskiego Uniwersytetu Gdańskiego, gdzie badasz jakość wód powierzchniowych - wcześniej zajmowałaś się dopływem rtęci do Zatoki Gdańskiej, teraz analizujesz pod tym kątem Zatokę Admiralicji.  

Dr Dominika Saniewska: - Zgadza się. Zainteresowanie tą tematyką nie jest przypadkowe. Pochodzę spod Bydgoszczy, to jest rejon Pojezierza, więc całe moje dzieciństwo było związane z jeziorami i wodą. Odkąd pamiętam lubiłam nurkować. Zawsze fascynowało mnie, co skrywają „głębiny”. Gdy miałam kilkanaście lat dostałam pierwszą maskę i płetwy. To był ten moment, w którym świat podwodny stanął przede mną otworem. Nie było już odwrotu – zrobiłam kurs nurkowy i zaczęłam studiować Oceanografię. Zarówno wiedza zdobyta w toku studiów, jak również umiejętność nurkowania przydały mi się podczas ostatniej wyprawy antarktycznej.

Diving. Dominika Saniewska

- Dlaczego swoje badania skupiasz właśnie na Antarktyce i wodach Oceanu Południowego?

- Jestem zimnolubna, dlatego zawsze ciągnęło mnie w rejony polarne. Dodatkowo Antarktyka, ze względów logistycznych i finansowych, wydawała mi się nieosiągalna. Okazało się jednak, że badania w tym rejonie są realne do przeprowadzenia.

- Skoro Antarktyka okazała się osiągalna, uznałaś, że podobnie będzie z pobraniem planktonu? Niewiele badań dotyczy tego obszaru. Pewnie przez trudno dostępny rejon i skomplikowaną logistykę pobierania próbek?

- Dokładnie tak. Pomimo wyjątkowości Antarktyki, wiedza na temat środowiska morskiego w tym rejonie jest wciąż ograniczona. Wynika to zarówno z odległej lokalizacji antarktycznych stacji naukowych, jak również z ograniczeń sprzętowych na miejscu. Wszystko to sprawia, że ​​badania polarne stanowią wyzwanie dla naukowców. Skomplikowana logistyka sprawia, że ludzie najchętniej sięgają po próbki, które najprościej pobrać: gleba, skały, rośliny, odchody, czy pióra. Jednak dla nas, oceanografów, był to materiał niewystarczający do badań. Celem projektów było rozpoznanie źródeł wybranych zanieczyszczeń w Antarktyce oraz określenie ich potencjału do kumulacji w morskim łańcuchu troficznym. Dlatego skupiliśmy się głównie na pobieraniu próbek z Zatoki Admiralicji,  takich jak woda, osad, zawiesina, plankton czy organizmy bentosowe. Próbki wody, zawiesiny i planktonu pobieraliśmy z pontonu. Najtrudniejszym logistycznie do pobrania materiałem był bentos. W strefie przybrzeżnej (do 40-50 metrów) najlepszą metodą pobierania próbek bentosu jest nurkowanie. Nurkowanie umożliwia wizualną ocenę terenu badań i pobranie odpowiedniej ilości próbek nawet z trudno dostępnych miejsc. Ponadto metoda ta jest mniej inwazyjna niż dragowanie, co jest szczególnie ważne w ekosystemach o dużym znaczeniu ekologicznym, takich jak Antarktyka. Jednak nurkowanie w tamtych rejonach jest dalej rzadkością, dlatego materiał, który udało nam się pozyskać, jest unikatowy.

Wyprawa arktyczna dr Dominiki Saniewskiej z UG. Fot. Piotr Bałazy

- Pojechałaś na wyprawę razem z mężem, w ramach projektu doktoranckiego finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki, ale teraz prowadzisz swój osobny projekt w oparciu o materiał zebrany podczas tej wyprawy. 

- Tak. Wyjazd zorganizowaliśmy we współpracy z Instytutem Oceanologii PAN oraz Instytutem Biochemii i Biofizyki PAN  czyli jednostką, która zarządza Polską Stacją Antarktyczną im. Henryka Arctowskiego. Podczas pobytu udało nam się pobrać dodatkowy materiał, z myślą o badaniach rtęci. Krótko po powrocie z wyprawy pozyskałam finansowanie, dzięki czemu badania dotyczące obiegu rtęci w strefie brzegowej Antarktyki stały się możliwe.

Fot. Alan Stocki/UG

- Wydawało mi się, że rejon Antarktyki wciąż uważany jest za dziewiczy, niczym nieskażony.

- Oczywiście. Antarktyka jest jednym z niewielu regionów na planecie, który nadal uważany jest za relatywnie czysty. Niestety, rzeczywistość jest nieco inna. Najnowsze badania sygnalizują o możliwym zanieczyszczeniu środowiska antarktycznego przez substancje pochodzenia antropogenicznego, w tym metale ciężkie, których stosunkowo wysokie stężenia pomierzono w organizmach na różnych poziomach troficznych morskiej sieci pokarmowej. W przypadku rtęci, stężenia mierzone w organizmach antarktycznych nierzadko bywają wyższe niż w innych, bardziej zurbanizowanych i zantropogenizowanych rejonach świata. 

- Skąd tak wysokie stężenie zanieczyszczeń?

- Antarktyka ma bardzo specyficzne usytuowanie, otaczają ją wir okołobiegunowy i okołobiegunowy prąd oceaniczny, które w pewnym stopniu izolują ten rejon od reszty świata. Okazuje się jednak, że zanieczyszczenia antropogeniczne tę barierę pokonują. Sprawia to, że Antarktyka jest podatna na dopływ zanieczyszczeń, zarówno tych transportowanych z masami powietrza, jak również za sprawą prądów oceanicznych, a także z lokalnych źródeł, takich jak wulkany czy stacje badawcze. Pomimo niskich stężeń rtęci w próbkach abiotycznych (woda, osady), w ptakach i ssakach stężenie tego pierwiastka osiąga relatywnie wysokie wartości, w porównaniu do organizmów występujących w innych, bardziej zanieczyszczonych rejonach.

- Zanieczyszczenia trafiające do wód przechodzą dalej, m.in. do organizmów zwierzęcych i roślinnych. Jakie może to mieć konsekwencje?

- Należy pamiętać, że w Antarktyce występują bardzo specyficzne warunki. Jest tam chłodno, więc organizmy mają spowolniony metabolizm, do tego dosyć długo żyją. To wszystko sprawia, że zanieczyszczenia się kumulują, szczególnie w organizmach na szczycie piramidy troficznej, jak wieloryby czy badane przez nas słonie morskie i pingwiny. Organizmy antarktyczne są szczególnie wrażliwe na zanieczyszczenia. Do tego dochodzi stres środowiskowy spowodowany postępującą zmianą klimatu. Możemy się spodziewać, że taka ilość bodźców wpłynie na funkcjonowanie całego ekosystemu Antarktyki.

- Jesteś na etapie obróbki wyników swoich badań. Jakie są najciekawsze wnioski?

- Postawiliśmy hipotezę, że topniejące lodowce są istotnym wtórnym źródłem rtęci w strefie brzegowej Antarktyki. Może stanowić to potencjalnie zagrożenie dla organizmów bujnie rozwijających się w tym rejonie. Wstępne wyniki badań wykazały, że istotnym źródłem rtęci w Antarktyce jest atmosfera. Najwyższe stężenia rtęci zaobserwowaliśmy w porostach. Organizmy te rosną głównie na skałach, a potrzebną do życia wodę z solami mineralnymi czerpią z atmosfery. Trujące substancje rozpuszczone w wodzie łatwo dostają się do wnętrza plechy.

Trochę inaczej sytuacja wyglądała w przypadku roślin naczyniowych, które mają system korzeniowy i wodę wraz z składnikami mineralnymi czerpią głównie z gleby. Miały one znacznie niższe stężenia rtęci niż porosty. Jednak zaobserwowaliśmy, że stężenia rtęci w roślinach naczyniowych były powiązane z zawartością rtęci w glebie. Pozwala nam to wnioskować, że w wodzie spływającej z lodowców, śniegu i glebie występuje biodostępna rtęć, która może zostać zaabsorbowana przez rośliny.

Ciekawym wnioskiem jest to, że bardzo istotnym źródłem rtęci, zarówno w glebie jak i w roślinach, są kolonie pingwinów i słoni morskich. Z jednej strony cieszymy się, że są, a z drugiej strony te organizmy tworzą miejsca zwane „hot spotami”, w których dochodzi do kumulacji rtęci oraz włączania jej w obieg. Dodatkowo, nagromadzona w tych miejscach rtęć może być transportowana wraz z wodą z topiącego się śniegu lub lodu do morza, przyczyniając się do wzrostu stężenia tego pierwiastka w wodach okalających Antarktykę.

- A jak rozumieć to, że lodowce uważane są za "lodową pułapkę rtęci"?

- Generalnie rejony polarne są uznawane za miejsce, gdzie deponowana jest rtęć, która została wyemitowana na niższych szerokościach geograficznych. Rtęć napływa nad Antarktykę w postaci gazowej rtęci elementarnej Hg(0). Ponieważ ta forma rtęci jest mało reaktywna, może przebywać w atmosferze nawet rok. Sprawia to, że jest ona transportowana na duże odległości od źródła emisji. Następnie, podczas lata polarnego, rtęć gazowa może zostać utleniona do bardziej toksycznych i rozpuszczalnych w wodzie formy Hg(II). Zjawisko to nazywane w skrócie AMDE (Atmospheric Mercury Depletion Event) powoduje, że w krótkim czasie znika z atmosfery rtęć gazowa. Jest ona deponowana zarówno na powierzchnię oceanów, lądu, jak również na śnieg i lodowce. Część z tej rtęci zostaje w nich zmagazynowana, dlatego uważa się, że lodowce są taką lodową pułapką rtęci.

- Czy potwierdziła się Twoja hipoteza?

- Nasze badania wykazały, że topniejące lodowce były istotnym źródłem zawieszonej rtęci w Zatoce Admiralicji. Jednak rtęć w postaci zawieszonej nie ulegało bioakumulacji przez organizmy tak szybko jak forma rozpuszczona. Skutkowało to wzrostem stężenia rtęci w organizmach wodnych w miarę oddalania się od lodowca. Było to prawdopodobnie spowodowane opadaniem zawieszonej rtęci do osadów w pobliżu lodowca. Proces ten może mieć kluczowe znaczenie dla organizmów bentosowych, ponieważ może prowadzić do powstawania „hot spotów” w osadach w pobliżu topniejących lodowców. Dalsze, bardziej szczegółowe badania są konieczne, aby zrozumieć te zależności.

Planujesz dalsze ekspedycje polarne?

- Tak. Planuję kontynuację badań nad obiegiem rtęci w rejonach polarnych. Niebawem odbędą się rejsy, podczas których mają być pobierane kolejne próbki do analiz.

Dziękuję za rozmowę i życzę powodzenia w dalszych badaniach.

 

W cyklu „Młodzi naukowcy UG” piszemy o ludziach z pasją, badaczach, którzy zmieniają świat na lepsze. Zdradzamy, nad czym pracują i jakie korzyści dla społeczeństwa mogą dać owoce ich badań. Przekonajcie się, jak bardzo utalentowani, pełni pasji i zaangażowania są naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego.
Elżbieta Michalak-Witkowska/Zespół Prasowy UG