Nye spor kaster lys over betydningen af ​​Jordens iskapper

Forskere, der undersøgte subglacialt vand både fra Antarktis og Grønland fandt ud af, at disse farvande har højere koncentrationer af vigtige, livsopretholdende elementer end tidligere antaget, svar på en stor ukendt for videnskabsmænd, der søger at forstå Jordens geokemiske processer.

"Dataene fra en antarktisk sø er særligt spændende, " sagde Florida State University postdoc Jon Hawkings. "De fleste mennesker har en tendens til at tænke på Antarktis som bare is, men vi har kendt til disse søer under gletsjerne i Antarktis i 40 år, og over 400 af dem er i øjeblikket blevet identificeret. Nogle forskere omtaler det subglaciale miljø i Antarktis som verdens største vådområde. Udfordringen for forskere er, at det bare er ekstremt svært at prøve dem."

Hawkings, sammen med kolleger ved Florida State og Montana State University, har offentliggjort en ny undersøgelse i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences udforske disse subglaciale farvande.

Undersøgelsen undersøger specifikt det flydende vand under iskapperne i Antarktis og Grønland. Omkring 10 procent af Jordens landoverflade er dækket af disse iskapper, og disse polære miljøer undergår hurtige ændringer som følge af stigende temperaturer. Forskere er meget interesserede i at forstå disse miljøer, og hvordan fortsat opvarmning vil påvirke kritiske geokemiske processer i fremtiden.

Hawkings analyserede vandprøverne med fokus på det, der kaldes sporelementer - kemiske elementer, der er til stede i ekstremt små mængder, men som er essentielle for mikroskopiske organismer og dermed det globale kulstofkredsløb. Forskere troede i årevis, at vandet under gletsjere verden over indeholdt disse elementer i så små mængder, at de ikke spillede en væsentlig rolle i Jordens geokemiske og biologiske processer.

"Det, vi fandt, er faktisk, at iskapper tilsyneladende er vigtigere for livsprocesser, end vi oprindeligt troede, " sagde FSU lektor i Jorden, Ocean og atmosfærisk videnskab Robert Spencer. "Som store ubekendte i vores nutidige forståelse af, hvordan vores planet fungerer, afsløres, det minder os om, hvor meget der stadig er tilbage at lære."

For eksempel, forskere forventede at se mindre end 5 mikrogram pr. liter opløst jern (et ekstremt vigtigt sporstof) i nogle af disse subglaciale farvande, men de så op til 1, 000 mikrogram per liter. Disse store variationer kan gøre en stor forskel i, hvor meget liv der kan opretholdes i ekstreme subglaciale økosystemer og i havvandene, der modtager indlandsisens smeltevand.

"Disse sporstoffer er ligesom den vitamintablet, folk tager hver dag, " sagde Spencer. "Selvom vi kun har brug for små mængder af disse materialer, de er grundlæggende for udviklingen af ​​sunde økosystemer."

Det er dog ikke let at indsamle subglacialt vand til analyse, især i Antarktis. Forskere skal arbejde i fjerntliggende og barske miljøer.

Hawkings' og Spencers samarbejdspartnere fra Montana State University, Professorerne John Priscu og Mark Skidmore, orkestrerede en logistisk kompliceret forskningsekspedition til Antarktis for at bore mere end 3, 500 fod gennem det antarktiske indlandsis.

Efter at have modtaget støtte fra National Science Foundation i 2016 til projektet SALSA (Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access), Priscu ledede en feltkampagne, der involverede at flytte næsten 1 million pund gear med fly og traktor gennem indlandsisen til markstedet.

Derefter, fra december 2018 til januar 2019, SALSA-projektets Science Team borede gennem omkring tre fjerdedele af en mil is i Mercer Subglacial Lake, en sø mere end 5,5 miles (9 kilometer) lang og 50 fod (15 meter) dyb. De valgte netop den sø, da den lå, hvor to isstrømme mødes.

"Vi var interesserede i det fysiske, kemiske og biologiske processer, der forekommer i den specifikke sø, men så er der også denne bredere sammenhæng med, at disse søer er en del af det større hydrologiske system under indlandsisen, " sagde Skidmore. "Vi ønsker at se, hvad der genereres under indlandsisen, og hvordan det forbinder til kystmiljøerne."

Skidmore tog prøver i henhold til en protokol, som Hawkings lagde ud og sendte dem derefter tilbage til USA via en temperaturstyret fragtbåd, tager flere måneder, og derefter videresendt til Tallahassee via levering natten over i specielle kølere for at holde prøvetemperaturerne stabile.

Hawkings og kolleger indsamlede hver for sig prøver i Grønland fra en stor smeltevandsflod, der dukkede op under Leverett-gletsjeren. Feltarbejdet, ledet af Jemma Wadham fra University of Bristol i Storbritannien, involveret overvågning af flodens hydrologiske og geokemiske karakteristika over en tremåneders periode i sommersmeltesæsonen.

Hawkings og Spencer udførte derefter geokemiske analyser i specialdesignede laboratorier på FSU-hovedkvarteret National High Magnetic Field Laboratory, der minimerer støv eller andre miljøfaktorer, der potentielt ville forurene prøverne.

Forskerne sagde, at deres samarbejdsressourcer og tværfaglige tilgang i sidste ende resulterede i en undersøgelse, der vil flytte deres felt fremad.

"Opdagelser sker i krydsfeltet mellem discipliner, " sagde Priscu. "Den PNAS papir krydser mange discipliner og viser styrken af ​​internationalt samarbejde. Resultaterne i dette manuskript har transformeret vores syn på, hvordan polære iskapper påvirker Jordsystemet."