Със своите малко над 14 милиона квадратни километра Северният ледовит океан е най-малкият и най-плиткият от океаните в света. Освен това е и най-студеният. Обширна покривка от морски лед плува близо до центъра му, разширявайки се през дългата, студена, тъмна зима и свивайки се през лятото, когато Слънцето се изкачва по-високо в небето.

Всяка година, обикновено през септември, морската ледена покривка се свива до най-ниското си ниво. Общата покривка през 2020 г. бе оскъдните 3.74 млн кв. км, което е второто най-малко измерване от 42 години насам и приблизително половината от нивото през 1980 г. Всяка година със затоплянето на климата Арктика задържа все по-малко лед.

Ефектите от глобалното затопляне се усещат по целия свят, но никъде на Земята те не са толкова драматични, колкото в Арктика. Арктика се затопля два до три пъти по-бързо от което и да е друго място на Земята, което води до мащабни промени в Северния ледовит океан, неговите екосистеми и 4-те милиона души, които живеят в Арктика.

Някои от тях са неочаквани. По-топлата вода привлича някои видове на север, в по-високи географски ширини. По-тънкият лед означава, че повече хора посещават Арктика на круизни, товарни и изследователски кораби. Ледът и снегът могат почти изцяло да затъмнят водата под себе си, но изменението на климата позволява все повече светлина да навлиза в дълбините.

Светлината е много важна в Арктика. Водораслите, които формират основата на хранителната мрежа на Северния ледовит океан, превръщат слънчевата светлина в захар и мазнини, като хранят риби и в крайна сметка китове, полярни мечки и хора.

На високите географски ширини в Арктика през зимата Слънцето остава под хоризонта в продължение на 24 часа. Това се нарича полярна нощ, а на Северния полюс годината е просто един ден с продължителност шест месеца, последван от еднакво дълга нощ.

Изследователи, изучаващи ефектите от загубата на лед, разполагат наблюдателни станции - закотвени инструменти с шамандура - в арктически фиорд през есента на 2006 г., преди фиордът да замръзне. Когато вземането на проби започва през пролетта на 2007 г., станциите са работили почти шест месеца, събирайки данни през полярната нощ.

Това, което откриват, променя всичко.

По това време учените предполагат, че полярната нощ е напълно безинтересна. Мъртъв период, в който животът е в латентно състояние и екосистемата потъва в тъмен и хладен режим на готовност. Нямало е големи очаквания за тези измервания, така че изследователите са изненадани, когато данните показват, че животът изобщо не спира.

Арктическият зоопланктон - мънички микроскопични животни, които ядат водорасли - участват в нещо, наречено ежедневна вертикална миграция под леда през цялата полярна нощ. Морските същества във всички океани на света правят това, мигрирайки към дълбочините през деня, за да се скрият от потенциалните хищници в тъмното, и изплувайки нагоре през нощта, за да се хранят.

Организмите използват светлината за ориентир, така че логически не би трябвало да могат да го правят по време на полярната нощ. Но сега вече разглеждаме полярната нощ като изблик на екологични дейности. Нормалните ритми в ежедневието продължават в мрака. Мидите се отварят и затварят циклично, морските птици ловуват в почти пълна тъмнина, скариди и морски охлюви се събират в горите от водорасли, за да се размножават, а дълбоководни видове като медузите се появяват на повърхността, когато е достатъчно тъмно, за да се предпазят от хищници.

За повечето организми, активни през този период, Луната, звездите и полярното сияние вероятно дават важните сигнали, регулиращи поведението им, особено в части от Арктика, които не са покрити с морски лед. Но като арктическият климат се затопля и човешките дейности в региона се засилват, тези естествени източници на светлина на много места ще станат невидими, изтласкани от много по-силната изкуствена светлина.

Почти една четвърт от всички земни маси са изложени на разсеяна изкуствена светлина през нощта, тъй като тя се отразява обратно на земята от атмосферата. Остават малко наистина тъмни места и светлината от градовете, бреговите линии, пътищата и корабите се вижда чак от космоса.

Дори в слабо населените райони на Арктика се забелязва леко замърсяване. Маршрутите за корабоплаване, проучванията за нефт и газ и риболов навлизат в региона, когато морският лед се оттегля, носейки изкуствена светлина в иначе черната полярна нощ.

Нито един организъм не е имал възможността да се адаптира към тези промени - еволюцията работи в много по-дълъг период от време. Междувременно хармоничните движения на Земята, Луната и Слънцето са осигурявали надеждни сигнали за арктическите животни в продължение на хилядолетия. Много биологични събития, като миграции, изхранване и разплод са силно зависими от тяхната предвидимост.

В неотдавнашно проучване, проведено на арктическия архипелаг Шпицберген, между континенталната част на Норвегия и Северния полюс, бе установено, че бордовите светлини на изследователски кораб засягат рибите и зоопланктона най-малко на 200 метра под него. Обезпокоени от внезапното проникване на светлина, организмите реагират драстично, като някои плуват към светлината, а други панически се отдалечават.

Трудно е да се предвиди ефектът на изкуствената светлина от корабите, които скоро ще се движат в свободния от лед океан, върху полярните нощни екосистеми, които познават тъмнината по-дълго, отколкото съществуват съвременните хора. Нарастващото човешко въздействие върху екосистемата е тревожно, но крие и неприятни въпроси за учените. Ако голяма част от информацията, която сме събрали за Арктика, идва от учени на ярко осветени кораби, колко "естествено" е състоянието на екосистемата, за която докладваме?

Арктическата морска наука е на път да влезе в нова ера с автономни и дистанционно управлявани платформи, способни да работят без никаква светлина, като правят измерванията си в пълен мрак.

Докато морският лед се оттегля от бреговете на Гренландия, Норвегия, Северна Америка и Русия, периодите с открита вода стават все по-дълги и повече светлина достига до морското дъно. Изведнъж крайбрежните екосистеми, които са били скрити под лед в продължение на 200 000 години, виждат бял свят. Това може да бъде много добра новина за морски растения като келп - големи кафяви водорасли, които виреят в студена вода с достатъчно светлина и хранителни вещества.

Прикрепени към морското дъно и плаващи с прилива и теченията, някои видове келп могат да израстнат до 50 метра. Но келпът обикновено не вирее на най-високите географски ширини поради сянката на морския лед и неговия "изстъргващ ефект" върху морското дъно.

Тези буйни подводни гори най-вероятно ще процъфтяват с намаляването на морския лед. Келпът не е нов вид в Арктика. Някога тези водорасли са били част от традиционната гренландска диета и полярните изследователи са ги наблюдавали по северните брегове преди повече от век.

Някои видове келп може да са колонизирали арктическите брегове след последната ледникова епоха или да се разпространяват от малкото обитания, където са се задържали. Но повечето гори от водорасли в Арктика са по-малки и по-ограничени до отделни места в по-дълбоки води в сравнение с огромните гори от морски водорасли край бреговете на Калифорния в САЩ.

Последните данни от Норвегия и Гренландия показват, че горите на келп вече се разширяват и увеличават ареалите си към полюсите и се очаква тези океански растения да станат по-големи и да растат по-бързо, докато Арктика се затопля, създавайки повече местообитания за нови видове. Пълният обхват на арктическите гори от водорасли остава до голяма степен невидим и неизследван, но моделирането може да помогне да се определи доколко те са се изместили и нараснали в Арктика от 50-те години на миналия век.

Въпреки че големите водорасли имат всякакви форми и размери, много от тях са забележително подобни на дърветата, с дълги, подобни на ствол, но гъвкави тела. Горният слой водорасли наподобява короната на дърветата със своите стебла като листа и те се закрепват за скалите с подобни на корени системи.

Някои видове арктически келп може да достигне над десет метра и да образува големи и сложни системи със сенчести и защитени пространства. Подобно на горите на сушата, тези морски гори предоставят местообитания, развъдници и места за хранене на много животни и риби, включително треска, раци, омари и морски таралежи.

Водораслите са бързо растящи, съхранявайки въглерод в тъканите си. Какво би означавало тяхното разширяване в Арктика за глобалния климат? Подобно на възстановяването на горите на сушата, отглеждането на подводни гори от водорасли може да помогне за забавяне на изменението на климата чрез отклоняване на въглерода от атмосферата.

Още по-добре, някои водорасли се откъсват и се изнасят по теченията от плитките крайбрежни води към дълбокия океан, където на практика не участват във въглеродния цикъл на Земята. Разширяването на гори от водорасли по обширните арктически брегове на Земята може да се превърне във все по-голям въглероден резервоар, който улавя въглероден диоксид, който хората отделят, и го заключва в дълбоките морета.

Това, което се случва с водораслите в Арктика, е доста уникално - тези океански гори са застрашени в повечето други части на света. Като цяло в световен мащаб горите от келп намаляват поради океанските горещи вълни, замърсяването, повишаването на температурите и унищожаването им от животни като морските таралежи.

Но не всичко е добра новина. Увеличаващите се гори от келп могат да изтласкат уникалната дива природа в Арктика. Микроводораслите, живеещи под леда, няма къде да отидат и биха могли да изчезнат напълно. По-умерените видове келп могат да заместят ендемичния арктически келп като Laminaria solidungula.

Но водораслите са само един набор от видове сред многото, които се придвижват все по-навътре и по-навътре в региона, докато ледът се топи.

Милн инлет на северния остров Бафин, Нунавут, Канада, вижда повече морски трафик от всяко друго пристанище в канадската част на Арктика. През повечето дни, в които морето е свободно от лед, 300-метрови кораби напускат пристанището, натоварени с желязна руда от близката мина на река Мери. Между 71 и 82 кораба преминават годишно през района, повечето се насочват към или идват от пристанища в Северна Европа.

Круизните кораби, плавателните съдове на бреговата охрана, развлекателните яхти, изследователските ледоразбивачи, товарните корабите и малките лодки, пълни с туристи, също са все по-често срещани в района. Безпрецедентното затопляне и намаляване на морския лед привлича нови индустрии и други дейности в Арктика. Общности като Понд инлет отчитат утрояване на морския трафик през последните две десетилетия.

Тези кораби идват в Арктика от цял свят, неволно превозвайки морски "стопаджии", взети в Ротердам, Хамбург, Дюнкерк и другаде. Тези видове - някои твърде малки, за да се видят с просто око - са скрити в баластната вода, изпомпвана в бордовите резервоари, за да стабилизират кораба. Те също често се прикрепват към корпуса и други външни повърхности, т. нар. "биообрастване".

Някои оцеляват при пътуването до Арктика и се освобождават в околната среда с изхвърлянето на баластната вода. Тези, които са закрепени по външната повърхност, могат да отделят яйца, сперма или ларви.

Много от тези организми са безвредни, но някои може да са инвазивни и могат да причинят вреди. Изследвания в Канада и Норвегия вече показват, че неместните инвазивни видове могат да оцелеят при пътуването на кораби до Арктика. Това създава риск за арктическите екосистеми, като се има предвид, че инвазивните видове са една от основните причини за изчезването на видове в световен мащаб.

Загрижеността за инвазивните видове се простира далеч извън Понд инлет. Около 4 милиона души живеят в Арктика, много от тях по крайбрежията, които осигуряват хранителни вещества и критично местообитание за широк спектър от животни, от арктически тюлени до полярни мечки, китове и милиони прелетни птици.

Тъй като водите се затоплят, сезонът на корабоплаване става по-дълъг и се отварят нови маршрути, като Северозападния проход и Северния морски път (по арктическото крайбрежие на Русия). Някои учени очакват, че трансарктическият маршрут през Северния полюс може да бъде плавателен до средата на века. Увеличеният трафик на кораби увеличава броя и видовете организми, транспортирани в арктическите води, а прогресивно по-гостоприемните условия подобряват шансовете им за оцеляване.

Превенцията е най-добрият начин Арктика да се предпази от инвазивни видове. Повечето кораби трябва да третират баластната си вода, използвайки химикали или други процеси, и/или да я сменят, за да ограничат придвижването на вредни организми до нови места. Регулациите също така препоръчват на корабите да използват специални покрития върху корпуса и да ги почистват редовно, за да се предотврати биозамърсяването. Но тези мерки за превенция не винаги са надеждни и тяхната ефикасност в по-студена среда е недостатъчно изследвана.

Следващият най-добър подход е да се откриват "нашествениците" възможно най-скоро след пристигането им, за да се подобрят шансовете за ликвидиране или потискане. Но ранното откриване изисква широко наблюдение, което може да бъде предизвикателство в Арктика. Да се следи за пристигането на нов вид може да е подобно на търсенето на игла в купа сено, но северните общности могат да предложат решение.

Учени от Норвегия, Аляска и Канада са намерили начин да улеснят това търсене, като насочват усилията си срещу видове, които са причинили вреда другаде и които могат да издържат на арктическите условия. Близо две дузини потенциални нашественици имат висок шанс за разпространение в канадската част на Арктика.

Сред тях е адаптираният към студа камчатски рак (голям червен рак), родом от Японско море, Берингово море и северната част на Тихия океан. Умишлено е развъден в Баренцово море през 60-те години и сега се разпространява на юг по протежение на норвежкото крайбрежие и в Бяло море. Това е голям, ненаситен хищник, виновен за значителен спад в популациите на миди, морски таралежи и други по-големи, бавно движещи се дънни видове, с голяма вероятност да оцелее при транспортирането в баластните води.

Друг вид е обикновеният рапан, който безмилостно пасе водните растения в местообитанията по бреговата линия, оставяйки след себе си голи скали. Той също така е въвел паразит на източния бряг на Северна Америка, който причинява заболяване при рибите и причинява чревни увреждания на птици и бозайници, които ги ядат.

Нови видове като тези биха могли да увредят рибите и бозайниците, които хората ловуват и ядат, ако се появят в Понд инлет. Само след няколко години на засиелно корабоплаване вече са открити шепа евентуално неместни видове, включително инвазивния червен червей (Marenzellaria viridis) и потенциално инвазивен амфипод. И двата вида се размножават бързо, променят характеристиките на морското дъно и се конкурират с местните видове.

Baffinland, компанията, която управлява рудника на река Мери, се стреми да удвои годишния си добив на желязна руда. Ако разширяването продължи, до 176 кораби за руда ще преминат през Милн инлет всяка година.

Въпреки че бъдещето на арктическото корабоплаване остава несигурно, това е възходяща тенденция, която трябва да се наблюдава. В Канада учените работят с местни партньори в общности с висока корабоплавателна активност - включително Чърчил, Манитоба; Понд инлет и Икалуит в Нунавут; Салуит, Квебек, и Наин, Нюфъндланд - за създаване на мрежа за наблюдение на инвазивни видове. Един от подходите включва събиране на вода и тестване за генетични остатъци, отделени от люспи, фекалии, сперма и друг биологичен материал.

Тази ДНК от околната среда (environmental DNА/eDNA) е лесна за събиране и може да помогне за откриването на организми, които иначе биха могли да бъдат трудни за улавяне или са в ниска концентрация. Методът е подобрил и базовите познания за биологичното разнообразие на крайбрежието в други области с високо корабоплаване, основна стъпка в откриването на бъдещи промени.

Някои неместни видове вече са открити в пристанището на Чърчил, използвайки наблюдение на eDNA и други методи за вземане на проби, включително медузи, риби и копеподи.

Полагат се усилия за разширяване на мрежата в Арктика като част от Арктическата стратегия за инвазивни чужди видове на Арктическия съвет.

Арктика често се нарича първата линия на климатичната криза и поради бързите темпове на затопляне регионът е обсебен от нашествия от всякакъв вид, от нови видове до нови пътища за корабоплаване. Тези тенденци биха могли да преправят изцяло океанския басейн в рамките на един човешки живот - от замръзнал, осветен от звезди пейзаж, населен от уникални общности от силно адаптирани организми, до нещо съвсем различно.

Арктика се променя по-бързо, отколкото учените могат да документират, но все пак ще има възможности, като нарастващото задържане на въглерод, които биха могли да бъдат от полза за дивата природа и хората, които живеят там. Не всички промени в нашия затоплящ се свят ще бъдат изцяло отрицателни. В Арктика, както и навсякъде, има печеливши и губещи.