"To może brzmieć paradoksalnie, ale lód nie jest pasywną bryłą" - mówi Jean-François Boily, chemik z Uniwersytetu w Umeå. - "Podczas zamarzania pomiędzy kryształami lodu tworzą się mikroskopijne kieszenie wody. Znajdujące się w nich roztwory stają się skrajnie kwaśne i skoncentrowane. Mogą reagować z minerałami żelaza nawet przy minus 30 stopniach Celsjusza".
Eksperymenty pokazały, że lód w temperaturze -10°C rozpuszcza minerały żelaza skuteczniej niż woda o temperaturze 4°C. Kluczowe znaczenie mają powtarzające się cykle zamarzania i odmarzania: każda zmiana fazy uwalnia uwięzione wcześniej związki organiczne, które uruchamiają kolejne reakcje.
Dlaczego rzeki "rdzewieją"
W Arktyce takie procesy mają wymierne skutki. W pasmie Brooks Range w północnej Alasce co najmniej 75 strumieni i rzek nagle zmieniło barwę na pomarańczową. Badania United States Geological Survey (USGS) pokazały, że w wodzie gwałtownie wzrosły stężenia żelaza, glinu i kadmu, a odczyn stał się kwaśny - jak w wodach spływających z kopalń. Tyle że tutaj górnictwa nie ma. Źródłem są reakcje zachodzące w rozmarzającej zmarzlinie.
"Wraz z ociepleniem klimatu cykle zamarzania i odmarzania stają się częstsze. Każdy taki cykl uwalnia żelazo z gleby i wiecznej zmarzliny do wody. To może zmieniać jej jakość i wpływać na całe ekosystemy" - tłumaczy Angelo Pio Sebaaly, pierwszy autor pracy.
Żelazo nadaje wodzie intensywną barwę, ale problemem są także inne metale, które wypłukuje lód. Kwaśna, nasycona metalami woda zalewa tarliska, niszczy siedliska bezkręgowców i szkodzi rybom. W niektórych strumieniach północnej Alaski zanotowano gwałtowne spadki liczebności ryb i owadów wodnych.
To z kolei uderza w ptaki i ssaki zależne od tej bazy pokarmowej, a także w lokalne społeczności, które tradycyjnie korzystały z czystych potoków jako źródła wody pitnej. Dziś w wielu miejscach nie nadaje się ona już do spożycia bez filtracji.
Nowy obraz lodu
Badacze podkreślają, że odkrycie zmienia nasze postrzeganie lodu - z biernego "magazynu" w aktywnego uczestnika procesów chemicznych. "Zrozumienie, jak lód przyczynia się do rozpuszczania minerałów, może wyjaśnić, skąd biorą się nowe strumienie żelaza w przyrodzie" - piszą autorzy pracy.
Ich zdaniem podobne reakcje mogą zachodzić nie tylko w Arktyce, lecz także w innych miejscach, gdzie spotykają się lód, minerały żelaza i środowisko kwaśne - od kwaśnych gleb siarczanowych po zamrożony pył w atmosferze.
Zjawisko pomarańczowych rzek to nie tylko lokalna ciekawostka. Może być zapowiedzią szerszych zmian w arktycznych ekosystemach wodnych, a także ostrzeżeniem dla społeczności żyjących w pobliżu. Zamarzająco-odmarzający lód nie tylko barwi rzeki, ale uwalnia toksyczne pierwiastki do środowiska. To zjawisko będzie się nasilać wraz z ocieplaniem się klimatu i częstszymi wahaniami temperatury wokół zera.
