Arctic Oceans dybe fortid giver fingerpeg om dens forestående fremtid

Som Nordpolen, Det Arktiske Ocean, og det omkringliggende arktiske land varmes hurtigt op, forskere kæmper for at forstå opvarmningens virkninger på arktiske økosystemer. Med krympende havis, mere lys når overfladen af ​​Ishavet. Nogle har forudsagt, at dette vil føre til mere plankton, hvilket igen ville støtte fisk og andre dyr.

Ikke så hurtigt, siger et team af forskere under ledelse af Princeton University og Max Planck Institute for Chemistry.

De peger på nitrogen, et vigtigt næringsstof. Forskerne brugte fossiliseret plankton til at studere kildens historie og forsyningshastigheder for nitrogen til det vestlige og centrale åbne Arktiske Ocean. Deres arbejde, detaljeret i et papir i det aktuelle nummer af tidsskriftet Naturgeovidenskab , foreslår, at under et globalt opvarmningsregime, disse åbne arktiske farvande vil opleve en mere intens nitrogenbegrænsning, sandsynligvis forhindre en stigning i produktiviteten.

"Når man ser på Ishavet fra rummet, det er overhovedet svært at se vand, så meget af Det Arktiske Ocean er dækket af et lag havis, "sagde hovedforfatter Jesse Farmer, en postdoktoral forskningsassistent i Institut for Geovidenskab ved Princeton University, der også er besøgende postdoktor ved Max Planck Institute for Chemistry i Mainz, Tyskland. Denne havis udvides naturligt i løbet af vintre og kontrakter om somre. I de seneste årtier har imidlertid, global opvarmning har forårsaget et hurtigt fald i sommerens havisdækning, med sommerisdække nu cirka halvdelen af ​​1979.

Når havis smelter, fotosyntese af plankton, der danner grundlaget for arktiske madbaner, bør drage fordel af den større lystilgængelighed. "Men der er en fangst, "sagde den bidragende forfatter Julie Granger, en lektor i havvidenskab ved University of Connecticut. "Disse plankton har også brug for næringsstoffer for at vokse, og næringsstoffer er kun rigeligt dybere i Det Arktiske Ocean, lige uden for planktonets rækkevidde. "Om plankton kan erhverve disse næringsstoffer afhænger af, hvor strengt det øvre hav er" lagdelt, "eller adskilt i lag. De øverste 200 meter (660 fod) af havet består af forskellige lag vand med forskellige tætheder, bestemt af deres temperatur og salthed.

"Når det øvre hav er stærkt lagdelt, med meget let vand, der flyder oven på tæt, dybt vand, tilførslen af ​​næringsstoffer til den solbelyste overflade er langsom, "sagde landmand.

Ny forskning ledet af forskere fra Princeton University viser, hvordan tilførslen af ​​nitrogen til Arktis har ændret sig siden sidste istid, som afslører historien om Ishavsstratificering. Ved hjælp af sedimentkerner fra det vestlige og centrale Arktiske Ocean, forskerne målte den isotopiske sammensætning af organisk nitrogen fanget i kalkstenfossilerne af foraminifera (plankton, der voksede i overfladevand, døde derefter og sank til havbunden). Deres målinger afslører, hvordan proportionerne af Atlanterhavet og Stillehavet afledt nitrogen ændrede sig over tid, samtidig spore ændringer i graden af ​​nitrogenbegrænsning af plankton på overfladen. Ona Underwood i klasse 2021 var et centralt medlem af forskergruppen, analysere vestlige Arktiske Ocean sedimentkerner til sit juniorprojekt.

Hvor havene mødes:Stillehavsvandet flyder over saltere, tættere atlanterhavsvande

Det Arktiske Ocean er mødestedet for to store oceaner:Stillehavet og Atlanterhavet. I det vestlige Arktis, Stillehavet farer flyder nordpå over det lavvandede Bering -stræde, der adskiller Alaska fra Sibirien. Ankommer til Ishavet, det relativt friske stillehavsvand strømmer over saltere vand fra Atlanterhavet. Som resultat, den øvre vandsøjle i det vestlige Arktis domineres af nitrogen fra Stillehavet og er stærkt lagdelt.

Imidlertid, dette var ikke altid tilfældet. "I løbet af den sidste istid, når væksten af ​​iskapper sænkede det globale havniveau, Beringstrædet fandtes ikke, sagde Daniel Sigman, Princetons Dusenbury -professor i geologiske og geofysiske videnskaber og en af ​​Farmers forskningsmentorer. På det tidspunkt, Beringstrædet blev erstattet af Bering Land Bridge, en landforbindelse mellem Asien og Nordamerika, der tillod migration af mennesker til Amerika. Uden Beringstrædet, Arktis ville kun have atlantisk vand, og nitrogendataene bekræfter dette.

Da istiden sluttede 11. 500 år siden, da iskapper smeltede og havstanden steg, dataene viser det pludselige udseende af Pacific -kvælstof i det åbne vestlige arktiske bassin, dramatisk bevis på åbningen af ​​Beringstrædet.

"Vi havde forventet at se dette signal i dataene, men ikke så klart! "sagde Sigman.

Dette var bare den første af overraskelserne. Analyse af data, Landmand indså også, at før åbningen af ​​Beringstrædet, Arktis var ikke blevet stærkt lagdelt som det er i dag. Først med åbningen af ​​Beringstrædet blev det vestlige Arktis stærkt lagdelt, som afspejlet ved begyndelsen af ​​nitrogenbegrænsning af plankton i overfladevandene.

På vej mod øst væk fra Beringstrædet, vandet i Stillehavet fortyndes væk, så det moderne centrale og østlige Arktis domineres af atlantisk vand og relativt svag lagdeling. Her, forskerne fandt ud af, at kvælstofbegrænsning og tæthedsstratificering varierede med klimaet. Som i det vestlige Arktis, stratificering var svag under den sidste istid, da klimaet var koldere. Efter istiden, centralarktisk stratificering styrket, når et højdepunkt mellem omkring 10, 000 og 6, For 000 år siden, en periode med naturligt varmere arktiske sommertemperaturer kaldet "Holocene Thermal Maximum". Siden den gang, den centrale arktiske stratificering er svækket, tillader nok dybt nitrogen at nå overfladevand til at overstige kravene til plankton.

Global opvarmning vender hurtigt Arktis tilbage til klimaet i Holocene Thermal Maximum. Mens denne opvarmning fortsætter, nogle forskere har forudsagt, at reduceret isdække ville øge produktiviteten af ​​arktisk plankton ved at øge mængden af ​​sollys, der når havet. De nye historiske oplysninger erhvervet af Farmer og hans kolleger tyder på, at en sådan ændring er usandsynlig for det åbne bassinvand i det vestlige og centrale Arktis. Det vestlige Arktis vil forblive stærkt lagdelt på grund af vedvarende tilstrømning af stillehavsvand gennem Beringstrædet, mens opvarmningen vil styrke lagdeling i det centrale Arktis. I begge disse åbne havområder, langsom nitrogenforsyning vil sandsynligvis begrænse planktonproduktiviteten, konkluderede forskerne.

"En stigning i produktiviteten i det åbne arktiske bassin ville sandsynligvis have været set som en fordel, for eksempel, stigende fiskeri, "sagde landmand." Men i betragtning af vores data, en stigning i den åbne arktiske produktivitet synes usandsynlig. Det bedste håb om en fremtidig stigning i arktisk produktivitet er sandsynligvis i Arktis kystnære farvande. "