Indlandsis fra sidste istid beså havet med silica

Ny forskning ledet af glaciologer og isotopgeokemister fra University of Bristol har fundet ud af, at smeltende iskapper forsyner de omgivende oceaner med det essentielle næringsstof silica.

Silica er nødvendig for en gruppe af marine alger (de mikroskopiske planter i oceanerne) kaldet kiselalger, som bruger det til at bygge deres glasagtige cellevægge (kendt som frustler).

Disse plankton optager globalt set betydelige mængder kulstof - de fjerner kuldioxid fra atmosfæren via fotosyntese, og fungerer som en naturlig kulstofdræn, når de dør og falder til bunden af ​​havet – og danner bunden af ​​den marine fødekæde.

Undersøgelsen offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation tyder på, at smeltevand fra istiden, både i nutiden og under tidligere istider, indeholder silica, der kan være nyttigt til at opretholde væksten af ​​kiselalger i havene omkring iskapper, som er hjemsted for økonomisk vigtige fiskerier og havliv.

Forskerne viser, at silica i glaciale smeltevande fra Grønlands Indlandsis har en karakteristisk isotopsignatur, anderledes end i andre floder.

Forskere har tidligere fundet ud af, at kiselalger og svampe (som bygger deres skeletter af silica) gradvist begravet i havsedimenter siden sidste istid, har en anden siliciumisotopsignatur end deres moderne slægtninge.

Denne lettere isotopiske signatur blev anset for at være resultatet af ændret kiselalgeraktivitet og havstrømme under og mellem istider. Imidlertid, forskere mener nu, at en ændring i den isotopiske signatur af flodvandene, der leveres til havet, kan forklare disse skift.

Dr Jon Hawkings, hovedforfatter af undersøgelsen fra University of Bristol's School of Geographical Sciences, Bristol Glaciology Center og Cabot Institute for the Environment sagde:"I denne undersøgelse ønskede vi at finde ud af, om silica i glacialt smeltevand fra en stor iskappe (Grønland) har en karakteristisk isotopsignatur.

"Hvis det gør, så kunne de enorme mængder af smeltevand, der kommer fra smeltende iskapper under afglaciationen, stå for noget af ændringen i havets siliciumisotopiske signatur, som er blevet registreret tidligere. Hurtig isafsmeltning under sidste istid førte til perioder med havniveaustigninger på mere end 3 cm om året (sammenlignet med omkring 0,3 cm pr. år på nuværende tidspunkt).

"I spidsbelastninger, iskapper smelter anslået 25, 000 km3 vand kom ind i havene fra smeltende iskapper hvert år – det er mere end tre gange den mængde vand, der i øjeblikket strømmer fra Amazon-floden.

"Hvis silica båret af indlandsisens smeltevand har en karakteristisk isotopsignatur, så omformer dette, hvor vigtige iskapper, og store deglaciationshændelser, er i globale biogeokemiske kredsløb."

Forskere undersøgte silicakoncentrationer i smeltevand og siliciumisotopsignaturen af ​​disse smeltevande (benævnt δ30Si, som vi bruger som en "markør" for glacial silica), sammen med en computermodel, der bruger disse data, og er et resultat af en marin sedimentkerne ud for Islands kyst, som viser markante ændringer i silicium-isotopsammensætningen af ​​svampe i perioder med iskappekollaps. De ønskede at bestemme:

• Hvis gletsjersmeltevand har et tydeligt silicasignal, der kan bruges til at spore input til havet
• Hvis der var ændringer i det isotopiske signal i løbet af en sommersmelteperiode (hvilket kan afspejle, hvor silicaen kommer fra inde i en gletsjer)
• At forudsige indvirkningen fra den sidste istid med hurtigt smeltende indlandsis på marine økosystemer

Undersøgelsen konkluderede, at gletsjere og iskapper er en undervurderet komponent i silica-kredsløbet, eksporterer store mængder reaktivt silica til havet, som kunne bruges af kiselalger. Dette kan, siger forskere, have store konsekvenser for marine siliciumholdige organismers sundhed i perioder med betydelig isdække og hurtig afisning.

Undersøgelsen viste, at indlandsisens afstrømning har den letteste siliciumisotopsammensætning, der nogensinde er målt i rindende vand - værdier for gletsjersmeltevand er meget lavere end nogen målinger af ikke-glacial afstrømning af floder.

Ved at bruge disse data kombineret med en simpel computermodel af havet siden sidste istids maksimum (omkring 21, 000 år siden) forudsiger undersøgelsen, at op til en tredjedel af de observerede ændringer i siliciumisotopsignaturen for siliciumholdige organismer kan forklares ved smeltningen af ​​de massive iskapper, der på deres højeste dækkede op til 30 procent af landoverfladen, inklusive store dele af Nordamerika og Europa, inklusive store dele af Storbritannien.

Den isotopiske sammensætning hjælper også med at forklare, at smeltevand hentes længere ind i indlandsisen, efterhånden som den årlige smelteperiode skrider frem, skyllende flydende vand opbevaret hundredvis af meter under isen.

Dr. Hawkings tilføjede:"Vores resultater omformulerer det traditionelle syn på betydningen af iskapper i biogeokemiske kredsløb, specifikt af silica cyklus.

"Previously the huge quantities of water and sediment delivered from the ice sheets of the last ice age wasn't fully considered as having a significant impact on marine chemistry and biology, but our study points that this is likely an oversight.

"Our interpretation of a number of other isotopic systems, and of changes to biogeochemical cycles since the last glacial maximum therefore likely needs re-evaluating."

There is still a lot of work needed to discover the importance of ice sheets in global nutrient cycles.

The research team will now work to establish if other glaciers carry significant quantities of isotopically distinctive silica to the oceans, by visiting a range of glaciers around Greenland (and further afield) to see if this relationship holds.