Nieuw onderzoek door promovendus Zhangxian Ouyang van de Universiteit van Delaware en oceanograaf Wei-Jun Cai, en een internationaal team van onderzoekers, toont aan dat snelle opwarming en verlies van zee-ijs grote veranderingen hebben veroorzaakt in de westelijke Noordelijke IJszee.

De bevindingen van het onderzoeksteam - gepubliceerd op maandag, 15 juni in Natuur Klimaatverandering - laten zien dat het vermogen van de Noordelijke IJszee om koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen sterk kan variëren, afhankelijk van de locatie.

Het verlies van zee-ijs in de Noordelijke IJszee is een kritisch gevolg van klimaatverandering. Terwijl het zee-ijs blijft smelten in de westelijke Noordelijke IJszee, meer zoet water komt het bovenste deel van het water in het Canada Basin binnen, die voor de kust van Alaska en Canada ligt, ten zuiden van de Chukchi-plank.

Deze smeltcyclus in de zomer verergert seizoensveranderingen en verhoogt de hoeveelheid koolstofdioxide die aanwezig is in de bovenste laag van het water, die de bovenste 70 voet van de waterkolom omvat. Dit vermindert het vermogen van het bassin om koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen.

heersende gedachte, op basis van gegevensmetingen van onder het ijs en in pas gesmolten oceaanrandgebieden in de jaren negentig en het begin van de jaren 2000, had gesuggereerd dat wanneer het ijs smolt, de Noordelijke IJszee grote hoeveelheden kooldioxide uit de atmosfeer zou kunnen halen, fungeert als koolstofput en helpt broeikasgassen te verminderen. Echter, dit is misschien niet overal het geval, met name in het Canada Basin, waar de terugtrekking van het zomerijs sinds 2007 in het diepe bassin is doorgedrongen.

De nieuwste bevindingen van het onderzoeksteam zijn gebaseerd op een analyse van meer dan 20 jaar wereldwijde datasets verzameld tussen 1994-2017 door onderzoekers in de Verenigde Staten, China, Japan en Canada. Ze geven een nauwkeuriger beeld van wat er in deze regio gebeurt en bouwen voort op Cai's eerdere werk uit 2010, wat aangaf dat het kooldioxidegehalte aan het zeeoppervlak snel en onverwacht stijgt naar de niveaus die in de atmosfeer worden aangetroffen in nieuwe ijsvrije bekkens in de Noordelijke IJszee.

Bijvoorbeeld, het werk van het onderzoeksteam toonde aan dat als het ijs breekt en smelt in het Canada Basin, dit smeltwater ligt bovenop het zeeoppervlak, het creëren van een soort "deken" die het vermogen van de oceaan om koolstofdioxide uit de atmosfeer in de diepe oceaan te absorberen remt en het daar opslaat. Cai's team verwijst naar dit fenomeen als een "nieuw normaal" dat wordt gecreëerd door extreme seizoensopwarming en smeltwater in de regio.

"Aangezien koolstofdioxide zich ophoopt in de oppervlaktelaag van het water door smeltend ijs, de hoeveelheid koolstofdioxide die dit gebied van de Noordelijke IJszee uit de atmosfeer kan opnemen, zal blijven krimpen, " zei Cai, de Maria A.S. Lighthipe Professor in het College of Earth, Oceaan en milieu. "We voorspellen tegen 2030, het vermogen van het Canada Basin om als koolstofput te dienen, zal echt minimaal zijn."

Aanvullend, deze snelle toename van het kooldioxidegehalte in het bekken kan het oppervlaktewater snel hebben verzuurd, een proces dat mariene verkalkende organismen in gevaar kan brengen en het functioneren van ecosystemen daar kan verstoren.

In sterk contrast, verder naar het zuiden in de ondiepe Chukchi Zee, de hoeveelheid kooldioxide in de bovenste laag van het water blijft zeer laag, veel lager dan wat in de atmosfeer aanwezig is. Dit betekent dat als lucht over het wateroppervlak stroomt, de zee kan koolstofdioxide sneller uit de lucht opnemen.

De onderzoekers suggereren dat dit verschil het resultaat is van een hoge biologische productie in de Chukchi-zee als gevolg van het feit dat rijke voedingsstoffen daarheen worden getransporteerd op stromingen die uit de Stille Oceaan komen sinds de Beringstraat is opengegaan als gevolg van eerder ijsverlies. Deze voedingsstoffen zorgen voor een overvloedige groei van fytoplankton en andere mariene organismen die de basis vormen van het mariene voedselweb en het bredere ecosysteem voeden. Fytoplankton verbruikt ook koolstofdioxide opgelost in het water tijdens fotosynthese, waardoor meer koolstofdioxide uit de omringende atmosfeer kan worden gehaald.

Het onderzoeksteam vermoedt dat de Chukchi-zee in de toekomst een grotere koolstofput zal worden en de koolstofcyclus en het ecosysteem van de diepe oceaan zal beïnvloeden, terwijl het Canada Basin waarschijnlijk minder zal blijven, aangezien het zee-ijs in de regio blijft smelten en de waterchemie verandert.

Volgens Lisa Robbins, een gepensioneerde senior wetenschapper bij de United States Geological Survey (USGS) en een co-auteur van het papier, deze veranderingen kunnen belangrijke gevolgen hebben voor organismen in het noordpoolgebied. Bijvoorbeeld, Arctische kabeljauw is een belangrijke visserijtak in het westelijke noordpoolgebied die bijdraagt ​​aan de algehele economie van de regio en een belangrijke rol speelt in het mariene voedselweb als voedselbron voor andere organismen, zoals beluga-walvissen en ringelrobben. Biologen hebben opgemerkt dat naarmate de temperatuur en het smelten van het zee-ijs zijn toegenomen, Atlantische kabeljauw reageert door verder naar het noorden te trekken. Veranderende waterchemie kan ook een rol spelen, zei Robbins, die drie expedities leidde om de waterchemie van de regio in het noordpoolgebied te bestuderen aan boord van de Amerikaanse Icebreaker R/V Healy terwijl hij bij de USGS was.

Lange termijn datasets, zoals gebruikt in dit onderzoek, zijn essentieel voor het begrijpen en voorspellen van toekomstige veranderingen in het noordpoolgebied.

"De hoeveelheid inzicht die we krijgen van deze datasets in hoe onze aarde-oceaan werkt, is enorm. Als wetenschappers in 1994 geen gegevens hadden verzameld, we zouden geen plek hebben om te beginnen en mee te vergelijken, " zei Robbins, nu een hoffelijkheidsprofessor aan het College of Marine Science aan de Universiteit van Zuid-Florida.

Een artikel uit 2019 in het tijdschrift Wired ontdekte dat in het noorden van Canada, bij Groenland, gletsjersmeltwater lijkt stroomgebieden te helpen bij het absorberen van koolstofdioxide uit de atmosfeer. Hoewel het alleen de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer als gevolg van koolstofemissies niet kan compenseren, het is een belangrijke illustratie dat de veranderingen niet uniform zijn en dat de daaropvolgende effecten - positief en negatief - het resultaat zijn van een complexe combinatie van meerdere verschillende drijfveren. Verder onderzoek en meer internationale samenwerking kunnen helpen om uitdagende onbeantwoorde vragen te beantwoorden.

Naarmate het verlies van zee-ijs versnelt, de onderzoekers verwachten dat deze seizoensvariaties ervoor zullen zorgen dat het oceaanwater in het Canada Basin hoge niveaus van koolstofdioxide heeft en steeds zuurder wordt. Dit zal het vermogen van het bekken om koolstofdioxide uit de atmosfeer op te nemen verder verminderen en mogelijk zijn vermogen om de klimaatverandering te matigen verminderen.

Hoewel dit probleem misschien ver weg van Delaware lijkt, het is belangrijk om te onthouden dat de oceaan één mondiaal systeem is met circulatiestromen die water over de hele wereld transporteren, zelfs tot aan de Atlantische Oceaan aan de oostkust. En broeikasgassen zijn een wereldwijd probleem.

Begrijpen hoe fundamenteel het smelten van ijs is voor het aansturen van de carbonaatchemie en seizoensveranderingen in koolstofdioxide in deze regio van de Noordelijke IJszee, zal de wetenschap op dit gebied vooruit helpen, misschien niet onmiddellijk, maar op de lange termijn, zei Cai.

"We proberen de processen die aan het werk zijn te begrijpen en als de Noordelijke IJszee een grote koolstofput zal blijven, terwijl het leveren van gegevens die modelbouwers van aardsystemen kunnen helpen om wereldwijde veranderingen in de koolstofcyclus te voorspellen, en de biologie en waterchemie van de oceaan, ' zei Cai.