Sensæsonens arktiske forskningskrydstogt afslører varme havtemperaturer, aktivt økosystem

Arktisforskerne Jacqueline Grebmeier og Lee Cooper har besøgt Bering- og Chukchi-havene ud for Alaska i næsten 30 år, indsamle information om den biologiske mangfoldighed i den vandrige verden under havisen for at forstå, hvordan marine økosystemer reagerer på miljøændringer. Dette år, et forskningskrydstogt i sensæsonen i oktober afslørede en overraskelse. På et tidspunkt af året, hvor et isbrydende skib normalt er påkrævet for at få dem til nogle af de dataindsamlingsposter, videnskabsmænd fandt intet andet end åbent vand og et usædvanligt aktivt økosystem.

"Vand- og lufttemperaturerne var varmere, og vi havde økosystemaktivitet, der normalt ikke forekommer sent på sæsonen, " sagde University of Maryland Center for Environmental Science Research Professor Jacqueline Grebmeier, chefforsker på forskningstogtet og en national og international leder inden for arktisk forskning.

Grebmeier og Cooper var en del af et lille team af forskere fra University of Maryland Center for Environmental Science, University of Alaska Fairbanks, og Clark University, der gennemførte et usædvanligt arktisk forskningskrydstogt i sensæsonen på grund af rejseudfordringer som følge af COVID-19-pandemien. De fandt ud af, at et økosystem - der forventes at være ved at gå ned til vinteraktivitet på lavt niveau med dannelse af havis - stadig er aktivt, sandsynligvis på grund af usædvanligt varme havtemperaturer. Havisen var stadig et antal uger væk.

"2020 viste sig at være den næstlaveste minimumshavisudbredelse, hvilket betyder, at havisen trak sig tilbage tættere på Nordpolen, " sagde Grebmeier. "Vi havde varmt vand op til 3 grader Celsius højere end normalt hele vejen gennem vandsøjlen. Det betyder, at du ikke kan køle det ned så hurtigt for at bygge is."

Og is er vigtigt. Det er isen, der opretter det virkelig produktive fjedersystem til at drive økosystemet.

"Uden at der dannes is, får du ikke den forårsproduktion af isalger, som er det første hit af nice, frisk kulstof, som dyrene i sedimenterne bruger til at øge deres vækst, " sagde hun. "Så nogle åbne vandområder kommer til at blomstre senere på sæsonen, fordi det vil være som at åbne en større spilleplads og give mad til vandsøjledyr som zooplankton, mens andre, der var afhængige af den isalgeproduktion i de nederste lavvandede hyldesedimenter, vil have mere begrænset sæsonbestemt mad."

Prøvetagningen i det sene efterårssæson indikerer, at forsinkelser i havisdannelsen understøtter den biologiske produktion i sensæsonen, som ikke er almindeligt observeret før.

"Biomassen af ​​mikroalger i vandsøjlen var uventet høj og ikke meget lavere end ofte observeret midt om sommeren under næsten 24-timers dagslys, " sagde University of Maryland Center for Environmental Science Research Professor Lee Cooper, der ledede vandsøjlebiologiske og kemiske målinger.

Grebmeier og Cooper ser også ændringer i disse bunddyr. Muslinger og orme, der lever på bunden af ​​Arktis og er en vigtig fødekilde for alt fra bundfodrende fisk til hvalrosser og dykkende havænder.

"Vi ser fald i biomassen i mange områder, så der er ikke så meget mad på havbunden, som der plejede at være, hvilket betyder mindre tilgængelig mad til de ting, som vi traditionelt tænker på som arktiske dyr, " sagde Cooper. "Økosystemet er under forandring."

"Det er lidt som om du tog en ballon og klemte den, og den sydlige del af den bliver mindre og den nordlige del bliver større. Der er en sammentrækning af disse rige arktiske fede bunddyr fra syd til større mængder i nord, sagde Grebmeier.

Forskerne laver normalt deres årlige observationer juli-september, men COVID-19-pandemien resulterede i forsinkelser og skubbede deres krydstogt ind i oktober for første gang. Det er afgørende at opretholde kontinuiteten i langsigtede observationer, da regionen er påvirket af klimaændringer.

"Vi har arbejdet deroppe i næsten 30 år årligt. Dette ville have været et hul i målingerne, og dette var et kritisk år på grund af den lave isudbredelse, " sagde Cooper. "Vi lavede den fulde række af prøveudtagninger, vi laver i observationsprogram, vi gjorde det lige i oktober."

Forskningsfartøjet Norseman II transporterede forskerne til det tre uger lange forskningstogt. Før krydstogtet, videnskabsholdet gennemførte en COVID-19-karantæne i Anchorage, inklusive flere test, før de flyver til Nome og overføres direkte til skibet for at undgå potentiel viral eksponering for beboere i Beringstrædet-regionen. De enkelte deltagende universiteter havde deres egne strenge krav og testprotokoller forud for godkendelse af rejser.

Holdet stoppede ved flere etablerede observationsstationer, hvor forskere kan overvåge alt fra vandets temperatur og saltholdighed og mængden af ​​dyreplankton (fiskefoder), der svømmer rundt til skadelig algeopblomstring af fytoplankton og dyr, der lever i sedimentet. Målet er at observere og dokumentere, hvordan de arktiske skabninger reagerer på klimaændringer og spore disse økosystemændringer under yderligere tab af havis.

Det distribuerede biologiske observatorium (DBO) er en række standardstationer, der sæsonmæssigt besættes af nationale og internationale skibe og fortøjninger, der tager kontinuerlige fysiske, kemiske og biologiske målinger i de amerikanske arktiske farvande for at dokumentere, hvordan biologiske systemer ændrer sig og/eller tilpasser sig som følge af miljøændringer. Grebmeier ledede et internationalt hold af videnskabsmænd for at etablere DBO i det nordamerikanske Arktis.

The Arctic Marine Biodiversity Observing Network, ledet af Katrin Iken ved University of Alaska Fairbanks' College of Fisheries and Ocean Sciences, er en del af et nationalt netværk, der studerer, hvordan biodiversitet og artsfordelinger ændrer sig som følge af klimaændringer i det amerikanske Arktis.

Forskerne besøgte også Chukchi Ecosystem Observatory, et sæt højt instrumenterede oceanografiske fortøjninger, der overvåger økosystemet året rundt.

"Dette var en virkelig værdifuld indsats, der gav pote ved at gøre biologiske data tilgængelige fra en del af året, hvor der har været historisk få observationer, sagde Grebmeier.

Prøverne opnået og bragt tilbage til hjemmelaboratorier i Maryland, Washington State, og Alaska vil støtte flere langsigtede projekter. Forskerne var også i stand til at indsamle prøver til andre, der ikke kunne tage på krydstogt på grund af COVID-rejse- og forskningsrestriktioner.