Til Hovedsiden
   Dette er da REKLAMEPLASS
 Meny:  
- for deg som leser mer enn du klikker -
 Startsiden

 Ny viten

 Tema:
 Norge
 Hukommelse
 Mennesker & dyr
 Katastrofer
 Stein
 Tverrfaglighet

 Redaksjonen
 Kontakt oss
 viten.com
 Arkiv

copyright Dag O. Hessen
 Bildet viser biologi-forsøk på Svalbard

   Ny viten:
Lys over Arktis: en fysisk-biologisk allianse under "Ozonhullet"


Dag O. Hessen
Professor ved Biologisk Institutt, Univ. i Oslo

 
Tverrfaglighet i praksis er en vanskelig øvelse, og det er ikke nødvendigvis slik at allianser enklest dannes mellom faglig sett nære slektninger. Det er knapt overraskende at det er få interfakultære prosjekter, men det kan synes som et paradoks at det er er så intrafakultære prosjekter som involverer flere institutter. Da kan det være verdt å minne om at det i realiteten også er få samarbeidsprosjekter avdelingene imellom på større institutter. Spesialiseringen og fragmenteringen har fanget oss alle, vi jobber tettere med kollegaen i USA og Japan enn han i nabokontoret. Svært ofte er det ingen åpenbar gevinst å hente ut av en samordnet innsats mellom ulike fagfelt, andre ganger kan det synes å foreligge muligheter for et hånd-i-hanske konsept der en enkelt fagfelt har begrensede forutsetninger for utgjøre både hånden og hansken. Denne siste erkjennelsen lå bak et større NFR-finansiert prosjekt på biologiske effekter av ozonsvekkelse og UV-stråling i arktis. Dette er også et problemområde som kan illustrere noe av problematikken med formidling av miljøproblemer i mediene. Her har det i betydelig grad vekslet mellom dommedagsscenarier og bagatellisering, og en betydelig sammensausing av drivhuseffekt og ozonproblematikk. Samtidig er det et av de miljøproblemer hvor veien fra forskningsresultater til politisk erkjennelse til politisk handling har vært forbilledlig kort. Oppdagelsen av hvordan menneskeskapte utslipp (primært klor- og bromholdige forbindelser) bryter ned ozonlaget ved kombinasjonen av sollys og svært lave temperaturer ble belønnet med nobelprisen noen år etter at Montrealprotokollen ble ratifisert i 1987.

Problemet:
Solspekteret kan inndeles på flere måter, men når det gjelder biologisk produksjon er det vanlig å dele det grovt mellom synlig, fotosyntetisk aktivt lys (PAR) og ultrafiolett lys (UV). Mens det synlige lyset stimulerer produksjon, vil UV-lys stort sett virke negativt inn på de fleste organismer. UV-lys kan igjen inndeles grovt i tre hovedkategorier; UV-C fra 200 til 280 nm, UV-B fra 280-315 nm og UV-A fra 315-400 nm. Jo kortere bølgelengder, desto større er skadeeffektene. UV-C blokkeres så og si fullstendig i atmosfæren, det meste av UV-B absorberes også, mens det meste av UV-A når jordoverflaten. Ozon (O3) står for det meste av denne absorbansen, og uten ozonfilteret ville liv på landjorda og i de øvre vannlag ikke være mulig.

Det meste av denne UV-blokkeringen skjer i stratosfæren, hvor det normalt er et ozonmaksimum ca. 20 km over bakkenivå. En reduksjon av dette ozonlaget vil ha liten effekt på UV-C og UV-A, men vil kunne gi betydelig økt innstråling av UV-B. I Antarktis har det gjennom de siste 10 år vært en betydelig svekkelse av dette laget, i de mest dramatiske periodene (den antarktiske senvinter og vår) over 50 %, med en påfølgende økning av innstrålt UV-B. Over den nordlige halvkule har effektene vært klart mindre, men også over arktiske områder har det vært en trend med 5 - 10 % nedgang over siste dekade. Trenden er vanskelig å fastslå fordi det er betydelige variasjoner i ozonverdiene styrt av naturlige atmosfæreprosesser. Det er likevel ingen uenighet om at årsaken til den fallende trend ligger i de betydelige antropogene utslipp av klorerte forbindelser. En rekke stoffer som klorfluorkarboner (KFK), haloner, hydroklorfluorkarboner, hydrobromfluorkarboner, metylbromid og andre spalter ozon svært effektivt. Dette er stort sett stoffer fra antropogene kilder. De klimatiske forhold over de arktiske områder tilsier en mindre dramatisk effekt her enn over antarktis. Det er imidlertid store usikkerheter knyttet til dette, spesielt fordi det her er snakk om ikke-lineære sammenhenger mellom klorkonsentrasjoner og ozonlagseffekter. Det antarktiske "ozonhull" ble etablert meget raskt. Selv om problemstillingene i dag er fokusert rundt disse mulige ozonlagsendringene, så skal man være klar over at også den "naturlige" UV-stråling har betydelige økologiske effekter, og er helt styrende for en rekke kjemiske og biologiske prosesser på land og i vann. Enhver økning må derfor anses for skadelig og uønsket. Hvilke effekter kan så en 20 eller 50 % svekkelse av ozonlaget ha? For relativt beskjedne nedganger i ozonlaget kan man regne et 1:1 forhold mellom prosentvis svekkelse og prosentvis økning i UV-stråling. Med de ozonreduksjoner som til nå kan observeres over den nordlige halvkule, vil stråledosen maksimalt representere en forflytning fra Trondheim til Oslo. For større reduksjoner blir innstrålingen noe større, og en 20 % svekkelse vil bety nær 30 % økning i UV. Midlet som årsdose vil dette tilsvare en forflytning fra Oslo til Paris. En 50 % ozonreduksjon vil tilsvare en forflytning fra Oslo til Mallorca. For vårt vedkommende er det altså ikke snakk om noen katastrofe-effekter, men for senstitive arter og økosystemer kan dette gi betydelige effekter, og for mange økosystemkomponenter vil enhver økning av stråledose måtte regnes som skadelig. Det er også vært å merke seg at det ikke er den årlige, akkumulerte dose som er interessant, men dosene på det tidspunkt hvor produksjonen er stor (våroppblomstring for alger) eller organismene er særlig eksponert (eks. egg og fiskelarver i øvre vannlag). Ozonlaget en svært fluktuerende, og en kortvarig episode med lave ozonverdier og høy UV kan gi større effekter enn noen få prosents avvik fordelt over uker eller måneder.

De avtalefestede reduksjoner av ozonnedbrytende stoffer som er nedfelt gjennom Montrealprotokollen gir grunn til optimisme på sikt. Veien fra forskningsresultater til politisk erkjennelse til politisk handling har vært gledelig kort, selv om her er mange skjær i sjøen. For det første vil det ta mange år før utslippsreduksjoner vil manifesteres som normalisering av ozonlaget. For det andre er det er rekke land i sterk økonomisk vekst som ikke har undertegnet Montrealprotokollen. For det tredie vil en global oppvarming, som vi ser stadig sterkere tegn til, resultere i en stratosfærisk nedkjøling som vil forsterke videre ozonnedbryting.

Prosjektet:
Prosjektet har hatt en Arktisk fokus, med flerårige felteksperimenter og feltmålinger på Svalbard, supplert med laboratoriestudier ved UiO. De sentrale problemstillinger i prosjektet har vært:

1. Hvordan påvirkes innstrålt lys i vann av solhøyde, skydekke og meterologiske egenskaper.

2. Hvordan påvirkes UV-lys i vann av ulike former for organisk materiale.

3. Hvilke effekter har ulike UV-doser på plankton i ferskvann og hav

 Deltakende institusjoner har vært Universitetet i Oslo, Akvaplan-niva, Norsk institutt for vannforskning, Norsk institutt for luftforskning (NILU), og Norsk Polarinstitutt. I tillegg har det vært deltakere fra Sverige, Tyskland og Nederland for kortere perioder, for å tette eventuelle kompetansehull.

Det meste av innsatsen har foregått ved intensive feltperioder på Svalbard, primært i Ny-Ålesund, hvor det har vært benyttet en kombinasjon av eksperimentelle forsøk i en sett med store innhegninger med kontrollerte vannvolum og kontrollert vannkvalitet (se bilde), prøvetaking og måling i ferskvannslokaliteter og en intensiv periode med lysmåling og prøvetaking i Kongsfjorden. I stor grad har de biologiske prøver blitt frosset direkte for transport til UiO for videre analyse av genskader, anti-oksidanter, pigmentering o.a. En rekke supplerende tester ble utført med lamper (solsimulator) på forskjellige planktonkulturer ved UiO.

Her skal ikke leseren trettes med de detaljerte resultater. Et hovedaspekt ved de direkte lysmålingene var å fastlå det faktiske UV-nivå organismene utsettes for under ulike miljømessige betingelser. For akvatiske systemer blir et helt sentralt spørsmål hvor dypt ned UV-lyset trenger. Er det her snakk om overflateeffekter, eller vil store deler av den produktive sonen berøres? Det har lenge vært kjent at UV-B trenger dypt ned i den produktive sonen i de fleste marine områder, og det er målt klare effekter ned til 10-20 m. Det er derfor en velbegrunnet bekymring til effekter på de marine næringskjeder, og spesielt på mulige effekter på planktonalgene i havet. Dette av to grunner: for det første fordi planktonalgene utgjør fundamentet for de marine næringskjeder og all produksjon av liv i hav. For det andre fordi algeproduksjonen i havet utgjør et viktig sluk for atmosfærisk CO2, og dermed antas å bremse drivhuseffekten. Spesielt gjelder dette de nordlige havområder, som er viktige områder for dypvannsdannelse. Noen få prosent reduksjon i fotosynteseaktiviteten her vil kunne gi store utslag i det globale karbonbudsjett. Her finner vi altså er direkte tilknytning mellom ozonlags- og klimaproblematikken. I tillegg har mange av de viktigste kommersielle fiskeslagene sin mest aktive gyteperiode i de vårukene hvor ozonlaget gjerne er på sitt tynneste.

I ferskvann har det vært antatt at det høye innholdet av organisk materiale effektivt blokkerer for UV-strålene, noe som er delvis riktig. Selv små mengder oppløst organisk materiale gir en rask reduksjon i UV, og spesielt humus absorberer UV meget effektivt. I klare fjellvann eller arktiske lokaliteter er bildet et helt annet. Her kan UV-gjennom-trengeligheten være den samme som i lavproduktive havområder, og økologien i disse lokalitetene er allerede i dag betydelig influert av UV. Noen av de klareste lokaliteter i verden finner man i arktiske områder.

Vårt prosjekt har primært studert innstråling og effekter i ferskvann. Dette har både en logisk og en logistisk begrunnelse. Effektene forventes å være størst i disse klare, grunne systemene. Det er også avgrensede og enkle økosystemer. Det er også mulig å foreta eksperimenter med faste installasjoner som i fjordene er utsatt for isdrift.

Og hva fant vi:
Målinger i utvalgte ferskvannslokaliteter på Svalbard bekrefter at UV i svært liten grad absorberes i disse lavproduktive vannforekomstene. Når de i tillegg da er svært grunne (ofte bare 1-2 meter) og ligger i et område hvor økte UV-doser kan forventes, er dette spesielt interessante lokaliteter i overvåkningssammenheng. Selv om innstrålt UV (og lys generelt) avtar med økende breddegrad og er 20-30 % lavere enn sør-Norge, så "kompenseres" dette ved klart vann og grunne lokaliteter, slik at arktiske organismene totalt sett ofte utsettes for en høyere dose enn i sydlige lokaliteter. I tillegg kommer så effektene av døgnkontinuerlig bestråling kombinert med lave temperaturer som kan redusere produksjonen av antioksidanter og reparasjonsenzymer. Nøkkelartene av dyreplankton viser spesielle tilpasninger til UV-stråling. Karakteristisk er at visse arter og kloner er mørkfargede av melanin. Dette fenomenet finnes bare i sterkt lyseksponerte lokaliteter i Arktis og i høyfjellet. Disse tåler klart høyere doser enn sine lyse slektninger, men melaninsyntesen er en energikrevende prosess og skjer bare under kontinuerlig UV-stress. Ikke uventet finnes derfor et mønster med de mørkeste dyrene i de klareste (og grunneste) lokalitetene.

Den totale produksjon av alger og bakterier påvirkes bare ved relativt høye UV-doser, men det er betydelige forskjeller i toleranse artene imellom. Selv med moderate UV-doser skjer en artsdreining mot mer tolerante arter. Dette er ikke bare av akademisk interesse, da disse algene har vidt forskjellig betydning i næringskjedene. Et av de mest spennende resultater er effekten av UV-stråling på opptak av næringssalter (som nitrogen og fosfor) og ikke minst effekten på fettsyresammensetningen i alger. Uten å gjøre dette for spesifikt, synes dataene å vise at enkelte av de helt essensielle flerumettede fettsyrer i alger (og som både fisk og dyreplankton er avhengige av) er meget ømfindlig overfor UV-stråling. Dersom dette er riktig er vi kanskje på sporet av næringskjedens svakeste ledd mht. UV-eksponering. Dette er et sentralt tema i de oppfølgende studier som fordrer at nok en type ekspertise entrer arenaen: personer med tilstrekkelig kunnskap og analysekapasitet til å følge opp denne problemstillingen i detalj.

De brepåvirkede fjordene i Arktis viser en meget sterk gradient i UV-stråling. Innerst i Kongsfjorden (som vi studerte) er partikkelkonsentrasjonen så høy at svært lite lys trenger ned. Lysnivået øker raskt utover mot åpne havområder. Dette gir plankton i fjordene et refugium både i forhold til UV-stråling og predasjon fra fisk. Det er en sammenheng mellom lysnivåer i vann og dybdeutbredelse, men dette behøver ikke nødvendigvis være styrt av UV. Flere av de karakteristiske overflateartene er også i marint miljø meget sterkt pigmentert. Slik klimaendringer vil påvirke ferskvann ved endret tilførsel av løst organisk karbon (og med det endrede lysbetingelser), så vil også endret avsmelting fra breene i sterk grad påvirke strålingsregime og biologi i de arktiske fjorder.

Og så:
Kredibiliteten i et slik prosjekt henger på at alle komponenter er skikkelig ivaretatt. Her kommer den tverrfaglige gevinsten inn. I dag er faglige multikunstnere en sjelden rase, og biologer blir fort fuskere i faget dersom de skal ta hånd om de geofysiske målinger parallelt med biologien - og omvendt. En videre tverrfaglighet kunne trolig også vært aktuell i andre typer prosjekt, men neppe her.

Prosjektet har gitt et fundament for vurdering av ozonanomalier i Arktis. Det har i sin natur vært utpreget grunnforskningsorientert, men likevel med en anvendt problemstilling (effekter av økt UV). Det har også, som de fleste prosjekt, avfødt nye problemstillinger, og vi vil ta tak i noen av disse løse endene og nøste videre.

Formidlingen fra prosjektet har vært av både populær og strengt faglig karakter. Ved årsskiftet vil hovedresultatene fremkomme i en internasjonal fagbok som forfattes av inviterte eksperter på ulike fagfelt - og hvor våre forsøk på Svalbard utgjør et hovedelement.


© viten.com 2000