Nieuw onderzoek onder leiding van glaciologen en isotopengeochemici van de Universiteit van Bristol heeft aangetoond dat smeltende ijskappen de omringende oceanen voorzien van de essentiële voedingsstof silica.

Silica is nodig voor een groep zeealgen (de microscopisch kleine planten van de oceanen), diatomeeën genaamd, die het gebruiken om hun glazige celwanden te bouwen (bekend als frustules).

Dit plankton neemt wereldwijd aanzienlijke hoeveelheden koolstof op - ze verwijderen koolstofdioxide uit de atmosfeer via fotosynthese, en fungeren als een natuurlijke koolstofput wanneer ze afsterven en naar de bodem van de oceaan vallen - en de basis vormen van de mariene voedselketen.

De studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie suggereert dat glaciaal smeltwater, zowel in de huidige als tijdens de voorbije ijstijden, bevat silica dat nuttig kan zijn bij het ondersteunen van de groei van diatomeeën in de oceanen rond ijskappen, die de thuisbasis zijn van economisch belangrijke visserijen en het leven in zee.

De onderzoekers laten zien dat het silica in gletsjersmeltwater van de Groenlandse ijskap een onderscheidende isotopensignatuur heeft, anders dan die in andere rivieren.

Onderzoekers hebben eerder ontdekt dat diatomeeën en sponzen (die hun skeletten van silica bouwen) geleidelijk begraven in oceaansedimenten sinds de laatste ijstijd een andere siliciumisotopensignatuur hebben dan hun hedendaagse familieleden.

Men dacht dat deze lichtere isotopensignatuur het resultaat was van veranderende diatomeeënactiviteit en oceaanstromingen tijdens en tussen ijstijden. Echter, onderzoekers denken nu dat een verandering in de isotopensignatuur van het rivierwater dat aan de oceaan wordt geleverd, deze verschuivingen kan verklaren.

Dr. Jon Hawkings, hoofdauteur van de studie van de School of Geographical Sciences van de Universiteit van Bristol, Bristol Glaciology Centre en Cabot Institute for the Environment zeiden:"In deze studie wilden we uitzoeken of silica in gletsjersmeltwater van een grote ijskap (Groenland) een onderscheidende isotopensignatuur heeft.

"Zo ja, dan zouden de enorme hoeveelheden smeltwater afkomstig van smeltende ijskappen tijdens de deglaciatie een deel van de verandering in de isotopensignatuur van het oceaansilicium kunnen verklaren die eerder is geregistreerd. Het snelle smelten van de ijskap tijdens de laatste ijstijd leidde tot perioden van zeespiegelstijging van meer dan 3 cm per jaar (tegenover ongeveer 0,3 cm per jaar nu).

"Op pieken, ijskappen smelten naar schatting 25, Elk jaar kwam er 000 km3 water de oceanen binnen door smeltende ijskappen - dit is meer dan drie keer de hoeveelheid water die momenteel uit de Amazone-rivier stroomt.

"Als silica gedragen door smeltwater van ijskappen een onderscheidende isotopensignatuur heeft, dan hervormt dit hoe belangrijk ijskappen, en grote deglaciatiegebeurtenissen, bevinden zich in wereldwijde biogeochemische cycli."

Onderzoekers onderzochten silicaconcentraties in smeltwater en de siliciumisotopische signatuur van die smeltwateren (aangeduid als δ30Si, die we gebruiken als een "marker" van glaciale silica), naast een computermodel dat deze gegevens gebruikt, en is het resultaat van een mariene sedimentkern voor de kust van IJsland die opvallende veranderingen vertoont in de siliciumisotopische samenstelling van sponzen tijdens perioden van instorting van de ijskap. Ze wilden bepalen:

• Als gletsjersmeltwater een duidelijk silicasignaal heeft dat kan worden gebruikt om inputs in de oceaan te traceren
• Als er veranderingen waren in het isotopensignaal in de loop van een smeltperiode in de zomer (wat zou kunnen weerspiegelen waar het silica vandaan komt in een gletsjer)
• De impact voorspellen van snel smeltende ijskappen van de laatste ijstijd op mariene ecosystemen

De studie concludeerde dat gletsjers en ijskappen een ondergewaardeerd onderdeel zijn van de silicacyclus, export van grote hoeveelheden reactief silica naar de oceaan, die door diatomeeën kunnen worden gebruikt. Dit kan, zeggen onderzoekers, grote gevolgen hebben voor de gezondheid van mariene kiezelhoudende organismen tijdens perioden van aanzienlijke ijsbedekking en snelle deglaciatie.

De studie toonde aan dat de afvloeiing van ijskappen de lichtste siliciumisotopensamenstelling heeft die ooit in stromend water is gemeten - waarden voor gletsjersmeltwater zijn veel lager dan alle metingen van niet-glaciale rivierafvoer.

Door deze gegevens te gebruiken in combinatie met een eenvoudig computermodel van de oceaan sinds het laatste maximum van de ijstijd (ongeveer 21, 000 jaar geleden) voorspelt de studie dat tot een derde van de waargenomen veranderingen in de siliciumisotopische signatuur van kiezelhoudende organismen kan worden verklaard door het smelten van de massieve ijskappen die op hun hoogtepunt tot 30 procent van het landoppervlak bedekten, waaronder een groot deel van Noord-Amerika en Europa, waaronder een groot deel van het Verenigd Koninkrijk.

De isotopensamenstelling helpt ook te verklaren dat smeltwater van verder in de ijskap wordt gehaald naarmate de jaarlijkse smeltperiode vordert, spoelwater opgeslagen honderden meters onder het ijs.

Dr. Hawkings voegde toe:"Onze bevindingen herkaderen de traditionele kijk op het belang van ijskappen in biogeochemische cycli, specifiek van de silicacyclus.

"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.