Dojrzewanie ekosystemu morskiego Arktyki
-
CEL PROWADZONYCH BADAŃ / HIPOTEZA BADAWCZA W JĘZYKU POLSKIM :
Celem projektu jest określenie reakcji fizycznie kontrolowanego arktycznego ekosystemu morskiego na wzrost temperatury. Zrealizujemy ten cel przez weryfikację hipotezy o dojrzewaniu czyli „starzeniu się” ekosystemu morskiego Arktyki w wyniku globalnego ocieplenia. W teorii ekologii miarą dojrzałości ekosystemów jest sposób, w jaki przepływa przez nie energia. W dojrzałych ewolucyjnie starych ekosystemach przepływ energii jest rozproszony, z niewielkimi ilościami niewykorzystanej materii organicznej. Są to zwykle złożone systemy, o dużej różnorodności biologicznej. Młode lub podlegające zaburzeniom ekosystemy morskie mają zwykle prostszą strukturę, mniej połączeń troficznych między organizmami i często następuje w nich odkładanie niewykorzystanej materii organicznej (węgla). Wody przybrzeżne Arktyki Europejskiej są uznawane za jeden z najmłodszych dużych ekosystemów morskich na świecie – zostały uwolnione spod tarczy lodowej około 12 tysięcy lat temu.
-
METODYKA
Każdy z liderów pakietów roboczych oraz lider zadania brał już udział w podobnych badaniach w projektach międzynarodowych. Nasza metodyka została w każdym przypadku dostosowana do standardów akceptowanych przez specjalistów z danego zakresu wiedzy. Dlatego, przy opisach zadań, potraktowana jest tylko skrótowo. Dla weryfikacji postawionej tezy wybraliśmy dwa obszary, które w różnym stopniu podlegają obecnemu ociepleniu. Jeżeli nasze założenie jest słuszne, obszar cieplejszy będzie wykazywał cechy dojrzałości w stosunku, do obszaru kontrolnego, którego ocieplenie jeszcze nie dotknęło w tym stopniu. Takie podejście pozwoli na lepsze zrozumienie zjawisk zachodzących w całym ekosystemie Arktyki i pozwoli bardziej precyzyjnie przygotowywać scenariusze konsekwencji zmiany klimatu w Arktyce. Planowane badania obejmą dwa obszary fiordów i najbliższego im szelfu: Hornsund i szelf Sørkapp jako obszar „zimny” i Kongsfjorden i szelf północno-zachodniego Spitsbergenu jako obszar „ciepły”. Projekt opiera się głównie na polskiej infrastrukturze badawczej – statku r/v OCEANIA, bazie danych oceanograficznych ZSPDO, Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie oraz na (nie finansowanej z tego projektu) współpracy międzynarodowej z Norweskim Instytutem Polarnym i Instytutem Alfreda Wegenera w Bremerhafen.
-
WPŁYW SPODZIEWANYCH REZULTATÓW NA ROZWÓJ NAUKI, CYWILIZACJI, SPOŁECZEŃSTWA
Projekt da podstawy pod planowane, międzynarodowe przedsięwzięcia badawcze z udziałem Polski takie jak kompleksowy monitoring środowiska Arktyki - SAON i umożliwi naszym badaczom partnerski udział w sieciach naukowych instytucji zajmujących się Arktyką (Arctic Net, ARCTOS, Arctic in Transition). Jednym z efektów projektu będzie precyzyjna ocena przydatności istniejących obszarów monitorowania Arktyki (infrastruktura badawcza - stacje Unii Europejskiej i Norwegii w Kongsfjorden oraz Polska Stacja Polarna w Hornsundzie) dla uogólnień regionalnych. Chcemy wykazać na ile obszary dwóch fiordów rzeczywiście różnią się od siebie, czy różnice te wynikają z ich specyfiki lokalnej czy też z sytuacji regionalnej. Projekt da nowe argumenty do międzynarodowej dyskusji na temat charakteru zmian zachodzących w ekosystemie Arktyki: Czy jest to system zbliżający się do tzw Tipping Point – punktu bez powrotu, po przejściu którego procesy i struktura systemu zmieniają się nieodwołalnie, czy też jest to liniowy proces stopniowych zmian, zachodzących z różną intensywnością w różnych segmentach ekosystemu i silnie buforowany zdolnościami adaptacyjnymi organizmów morskich. Koncepcja „dojrzewania ekosystemu” po opublikowaniu w wysokiej rangi czasopiśmie międzynarodowym, będzie kolejnym głosem w tej debacie.
-
OKREŚLIĆ W JAKIM STOPNIU I ZAKRESIE PROJEKT DOTYCZY PIONIERSKICH BADAŃ NAUKOWYCH, W TYM INTERDYSCYPLINARNYCH, WYKRACZAJĄCYCH POZA DOTYCHCZASOWY STAN WIEDZY
Inne zespoły nie miały takiego zakresu specjalności w obrębie jednego projektu – zawsze koncentrowały się na jednej dziedzinie (oceanografia fizyczna, geochemia lub biologia morza) lub jednej domenie (woda, lód, dno). My będziemy realizować bardzo szerokie środowiskowe badania, we wszystkich domenach ekosystemu fiordowego z zachowaniem wysokiej „rozdzielczości” taksonomicznej. Koncepcja „starzenia się Arktyki” była przedstawiana i dyskutowana na międzynarodowej konferencji World Congress on Marine Biodiversity Aberdeen 2011, została przyjęta z zainteresowaniem jako nowe podejście, ale ponieważ nie zebrano konkretnych wyników ją potwierdzających wciąż czeka na weryfikację. Projekt powstał w oparciu o doświadczenia zespołów badawczych IOPAN zebrane w międzynarodowych programach takich jak: IPY4, AWAKE, ALKEKONGE, MARBEF, ATP, BANKMOD. Obecnie potencjał badawczy IOPAN jest na tyle szeroki, że możemy się podjąć realizacji przedstawianego, syntetycznego projektu.
Opracowania porównawcze Kongsfjorden i Hornsundu były kilkakrotnie przedstawiane, dotyczyły one wycinków ekosystemu takich jak mezozooplankton (Węsławski i inni 1992), hydrologia (Beszczyńska-Möller i inni 2000), drapieżniki (Węsławski i inni 2009), meiofauna (Kotwicki i inni 2010). Zagadnienia konsekwencji zmiany klimatu dla funkcjonowania ekosystemu Arktyki podejmowano już w latach 50-tych, kiedy to Blacker (1958) zauważył przesuwanie się wskaźnikowych gatunków wraz ze zmianą warunków hydrologicznych na szelfie Spitsbergenu. Współczesne opracowanie ACIA 2005 (Arctic Climate Impact Assessment) jest najbardziej kompletnym przeglądem możliwych scenariuszy zmiany i symulacji modelowych. Wśród analizowanych w tym opracowaniu scenariuszy dla sektora Arktyki Europejskiej przeważa koncepcja tzw. Regime Shift – czyli przesunięcia się zbiorowisk i procesów biologicznych na północ, choć sprawdzane są wspomniane wyżej koncepcje „tipping point” czy też zdolności buforującej/adaptacyjnej ekosystemu do zmian. Duńskie opracowania dwóch grenlandzkich fiordów (Rysgaard i Glud 2007) wskazują na możliwość dogłębnych biogeochemicznych zmian w osadach morskich nawet przy niewielkiej zmianie temperatury, potwierdzone ostatnio przez prace Vandiekan (2012) z wód Svalbardu. Proponowane przez nas ujęcie problemu – modelowanie w oparciu o archiwalne dane uzupełnione nowymi obserwacjami w zastosowaniu zarówno do toni wodnej, jak i dna, oraz obejmujące zagadnienia fizyki, chemii i ekologii morza, nie były dotychczas realizowane na wodach Svalbardu.
Literatura
- ACIA (2005). Arctic Climate Impact Assessment. Cambridge University Press, 1042 pp
- Arnosti C., Jørgensen B.B., Sagemann J., Thamdrup B. 1998: Temperature dependence of microbial degradation of organic matter in marine sediments: Polysaccharide hydrolysis, oxygen consumption, and sulfate reduction. Mar.Ecol.Progr.Ser. 165, 59-70.
- Beszczyńska-Möller A., Węsławski J.M., Walczowski W., Zajączkowski M. 1997: Estimation of glacial meltwater discharge into Svalbard coastal water. Oceanologia 39(3), 289-297.
- Blacker R.W. 1957. Benthic animals as indicators of hydrographic conditions and climatic change in Svalbard waters. Fishery Invest.Ser. 2, 20, 1-59 pp
- Brey T. (2010). An empirical model for estimating aquatic invertebrate respiration. Methods in Ecology and Evolution 1: 92-101.
- Christensen V., Walters C.J., Pauly D. 2005. ECOPATH with ECOSIM: A user’s guide. Fisheries Centre, University of British Columbia, Vancouver, Canada, 151 pp
- Duplisea D.E. (2000). Benthic organism biomass size-spectra in the Baltic Sea in relation to the sediment environment. Limnol.Oceanogr. 45(3): 558-568.
- Eilertsen H.C., Taasen J.P., Węsławski J.M. 1989. Phytoplankton studies in the fjords of West Spitsbergen: physical environment and production in spring and summer. J.Plankt.Res. 11, 1245-1260.
- Freeland H.J., Farmer D.M., Levings C.D. (eds).1980. Fjord oceanography. NATO Conf. Ser. Plenum Press, NY Glud R.N., Rysgard S. 2007. Carbon cycling in Arctic marine ecosystems: Case Study Young Sound. Medd.om Gronland Bioscience 58, 214 pp
- Halldal P., Halldal K. 1973. Phytoplankton, chlorophyll, and submarine light conditions in Kings Bay, Spitsbergen, July 1971. Norw.J.Bot. 20, 99-108.
- Hop H., Falk-Petersen S., Svendsen H., Kwaśniewski S., Pavlov V., Pavlova O., Soreide J. 2006. Physical and biological characteristics of the pelagic system, across Fram Strait to Kongsfjorden. Progress In Oceanography. doi:10.1016/j.pocean.2006.09.007.
- Hop H., Pearson T., Hegseth E.N., Kovacs K.M., Wiencke C., Kwaśniewski S., Eiane K., Mehlum F., Gulliksen B., Włodarska-Kowalczuk M., Lydersen C., Węsławski J.M., Cochrane S., Gabrielsen G.W., Leakey R.J.G., Lonne O.J., Zajączkowski M., Falk-Petersen S., Kendall M., Wangberg S.A., Bischof K., Voronkov A.Y., Kovaltchouk N.A., Wiktor J., Poltermann M., diPrisco G., Papucci C. 2002. The marine ecosystem of Kongsfjorden, Svalbard. Polar Res. 21, 167-208.
- Hopkins C.C.E. (1981). Ecological investigations on the zooplankton community of Balsfjorden, Northern Norway: changes in zooplankton abundance and biomass in relation of phytoplankton and hydrography, March 1976 - February 1977, in: Rheinheimer G. et al. (Ed.) (1981). Lower Organisms and their Role in the Food Web: Proceedings of the 15th European Marine Biology Symposium, Kieler Meeresforschungen. Sonderheft, 5: pp. 124-139.
- Keck A., Wiktor J., Hapter R., Nilsen R. 1999. Phytoplankton assemblages related to physical gradients in an Arctic, glacier-fed fjord in summer. ICES Journal of Marine Science 56, 203-214.
- Kendall M.A., Widdicombe S., Węsławski J.M.. 2003. A multiscale study of the biodiversity of the benthic infauna of the high latitude Kongsfjord, Svalbard. Polar Biol. 26, 6, 383-388.
- Kotwicki L., Szymelfenig M., De Troch M., Zajączkowski M. 2004. Distributionof meiofauna in Kongsfjorden, Spitsbergen. Polar Biol. 27, 661-669.
- Kruss A., Tegowski J., Wiktor J., Tatarek A., 2006. Acoustic estimation of macrophytes in Hornsund Fjord (The Svalbard Archipelago). Hydroacoustics 9, 89-96.
- Kukliński P., Gulliksen B., Lønne O.J., Węslawski J.M. 2005. Composition of bryozoan assemblages related to depth in Svalbard fjords and sounds. Polar Biol. 28, 619 – 630.
- Kwaśniewski S., Hop H., Falk-Petersen S., Pedersen G. 2003. Distribution of Calanus species in Kongsfjorden, a glacial fjord in Svalbard. J.Plankt.Res. 25, 1-20.
- Lefauconnier B., Hagen J.O., Rudant J.P. 1994: Flow speed and calving rate of Kongsbreen glacier, Svalbard, using spot images. Polar Res. 13, 59-65.
- Lønne O.J., Gulliksen B. 1989: Size, age and diet of polar cod, Boreogadus saida (Lepechin 1773), in ice covered waters. Polar Biol. 9, 187-191.
- Masłowski W., Marble D., Walczowski W., Schauer U., Clement J.L., Semtner A.J. 2004. On climatological mass, heat, and salt transports through the Barents Sea and Fram Strait from a pan-Arctic coupled ice-ocean model simulation. J.Geophys.Res., Vol. 109, No. C3, C03032.
- Ørbæk J.B., Hisdal V., Svaasand L.E. 1999. Radiation climate variability in Svalbard: surface and satellite observations. Polar Res. 18(2), 127-134.
- Piechura J., Osiński R., Petelski T., Woźniak S.B. 2002. Heat and salt fluxes in the West Spitsbergen Current area in summer. Oceanologia, 44(3), 307-321.
- Sagan S., Kowalczuk P., Zajączkowski M. 1993. Optical properties of waters around Svalbard and Franz Josef Land. Proc. SPIE Vol. 2048, Underwater Light Measurements, Hans-Christian Eilertsen (Ed.), p. 64-72. Scott C.L., Kwaśniewski S., Falk-Petersen S., Millar R.M., Sargent J. R. 2000: Lipids and life strategies of Calanus finmarchicus, Calanus glacialis and Calanus hyperboreus in late autumn, Kongsfjorden, Svalbard. Mar.Biol. 23, 510-516.
- Svendsen H., Beszczyńska-Möller A., Hagen J.O., Lefauconnier B., Tverberg V., Gerland S., Ørbæk J. B., Bischof K., Papucci C., Zajączkowski M., Azzolini R., Bruland O., Wiencke C., Winther J.-G., Dallmann W. 2002: The physical environment of Kongsfjorden-Krossfjorden, an Arctic fiord system in Svalbard. Polar Res.21,133-166.
- Syvitski J.P.M., Burrell D.C., Skei J.M. 1987. Fjords. Processes and products. Springer-Verlag, New York Thamdrup B., Fleischer S. 1998: Temperature dependence of oxygen respiration, nitrogen mineralization, and nitrification in Arctic sediments. Aquat.Microb.Ecol. 15, 191-199.
- Vandieken V., Nickel M., Jørgensen B.B. 2012. Carbon mineralization in Arctic sediments northeast of Svalbard: Mn(IV) and Fe(III) reduction as most important anaerobic respiratory pathways (in press).
- Walczowski W., Piechura J., Osiński R., Wieczorek P. 2005. The West Spitsbergen Current volume and heat transport from synoptic observations in summer. Deep-Sea Res. I, 52 (8), 1374-1391.
- Węsławski J.M., Kwaśniewski S., Stempniewicz L., Błachowiak- Samolyk K. 2006. Biodiversity and energy transfer to top trophic levels in two contrasting Arctic fjords. Polish Polar Res. 27, 259- 278.
- Węsławski J.M., Legeżynska J. 1998. Glaciers caused zooplankton mortality? J.Plankt.Res. 20, 1233-1240.
- Węsławski J.M., Pedersen G., Falk-Petersen S and Poraziński K. 2000: Entrapment of macrozooplankton in an Arctic fjord basin, Kongsfjorden, Svalbard. Oceanologia, 42 (1): 57-69.
- Wiktor J., Wojciechowska K. 2005. Differences in taxonomic composition of summer phytoplankton in two fjords of West Spitsbergen, Svalbard. Polish Polar Res. 26(4), 259-268.
- Włodarska-Kowalczuk M., Pearson T.H., Kendall M.A. 2005. Benthic response to chronic natural physical disturbance by glacial sedimentation in an Arctic fiord. Marine Ecology Progress Series. 303, pp.31-41.
- Włodarska-Kowalczuk M., Węsławski J.M. 2001. Impact of climate warming on Arctic benthic biodiversity: a case study of two Arctic glacial bays. Climate Research 18, 127-132.
- Wulff F., Field J.G., Mann K.H. (eds). 1989. Network Analysis in Marine Ecosystems: Methods and Applications. Springer-Verlag, Heidelberg:15-61.
- Zajączkowski M. 2002: On the use of sediment traps in sedimentation measurements in glaciated fjords. Polish Polar Res. 23 (2), 161-174.
Załączone budżety
- WP11 12 13 Waldemar Walczowski
- WP14 21 Mirosław Darecki
- WP22 Alicja Kosakowska
- WP23 Agata Zaborska
- WP24 Marek Zajączkowski
- WP25 Maria Włodarska-Kowalczuk
- WP26 Sławomir Kwaśniewski
- WP27 Joanna_Szczucka
- WP28 Zofia_Legeżyńska
- WP29 Agata Weydmann
- WP31a Józef Wiktor
- WP32 Lech Kotwicki
- WP33 Jan Marcin Węsławski
- WP41 42 Jacek Piskozub
- WP43 Marta Głuchowska
- WP52 Marcin Wichorowski
home