Wetenschappers van Stanford University hebben een verrassende verschuiving in de Noordelijke IJszee ontdekt. Exploderende bloei van fytoplankton, de kleine algen aan de basis van een voedselweb met daarop walvissen en ijsberen, hebben het vermogen van het noordpoolgebied om atmosferische koolstof om te zetten in levende materie drastisch veranderd. In het afgelopen decennium is de golf heeft het verlies van zee-ijs vervangen als de grootste aanjager van veranderingen in de opname van koolstofdioxide door fytoplankton.

Het onderzoek verschijnt 10 juli in Wetenschap . Senior auteur Kevin Arrigo, een professor in Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth), zei dat de groeiende invloed van fytoplanktonbiomassa een "aanzienlijke regimeverschuiving" voor het noordpoolgebied kan betekenen, een regio die sneller opwarmt dan waar dan ook op aarde.

Het onderzoek richt zich op netto primaire productie (NPP), een maatstaf voor hoe snel planten en algen zonlicht en koolstofdioxide omzetten in suikers die andere wezens kunnen eten. "De tarieven zijn echt belangrijk in termen van hoeveel voedsel er is voor de rest van het ecosysteem, "Zei Arrigo. "Het is ook belangrijk omdat dit een van de belangrijkste manieren is waarop CO ₂ wordt uit de atmosfeer en in de oceaan getrokken."

Een verdikkende soep

Arrigo en collega's ontdekten dat NPP in het noordpoolgebied tussen 1998 en 2018 met 57 procent is gestegen. Dat is een ongekende productiviteitssprong voor een heel oceaanbekken. Nog verrassender is de ontdekking dat, hoewel verhogingen van de NPP aanvankelijk verband hielden met terugtrekkend zee-ijs, productiviteit bleef stijgen, zelfs nadat het smelten rond 2009 vertraagde. "De toename van NPP in het afgelopen decennium is bijna uitsluitend te wijten aan een recente toename van de biomassa van fytoplankton, ' zei Arrigo.

In andere woorden, deze microscopisch kleine algen metaboliseerden ooit meer koolstof in het noordpoolgebied, simpelweg omdat ze meer open water kregen gedurende langere groeiseizoenen, dankzij klimaatgedreven veranderingen in de ijsbedekking. Nutsvoorzieningen, ze groeien meer geconcentreerd, als een dik wordende algensoep.

"In een bepaalde hoeveelheid water, elk jaar meer fytoplankton konden groeien, " zei hoofdonderzoeksauteur Kate Lewis, die aan het onderzoek werkte als een Ph.D. student in Stanford's Department of Earth System Science. "Dit is de eerste keer dat dit is gemeld in de Noordelijke IJszee."

Nieuwe voedselvoorraden

Fytoplankton heeft licht en voedingsstoffen nodig om te groeien. Maar de beschikbaarheid en vermenging van deze ingrediënten in de hele waterkolom zijn afhankelijk van complexe factoren. Als resultaat, hoewel Arctische onderzoekers hebben waargenomen dat de bloei van fytoplankton de afgelopen decennia in een stroomversnelling is geraakt, ze hebben gedebatteerd over hoe lang de boom zou kunnen duren en hoe hoog hij zou kunnen stijgen.

Door een enorme nieuwe verzameling oceaankleurmetingen voor de Noordelijke IJszee samen te stellen en nieuwe algoritmen te bouwen om de fytoplanktonconcentraties daaruit te schatten, het Stanford-team ontdekte bewijs dat aanhoudende toename van de productie mogelijk niet langer zo beperkt wordt door schaarse voedingsstoffen als ooit werd vermoed. "Het is nog vroeg, maar het lijkt erop dat er nu een verschuiving is naar een grotere toevoer van voedingsstoffen, " zei Arrigo, de Donald en Donald M. Steel Professor in Earth Sciences.

De onderzoekers veronderstellen dat een nieuwe toestroom van voedingsstoffen vanuit andere oceanen naar binnen stroomt en vanuit de diepten van het noordpoolgebied optrekt. "We wisten dat de Noordpool de afgelopen jaren de productie had verhoogd, maar het leek mogelijk dat het systeem dezelfde voorraad voedingsstoffen recycleerde, " zei Lewis. "Onze studie toont aan dat dit niet het geval is. Fytoplankton neemt jaar na jaar meer koolstof op doordat er nieuwe voedingsstoffen in deze oceaan komen. Dat was onverwachts, en het heeft grote ecologische gevolgen."

Het Noordpoolgebied decoderen

De onderzoekers konden deze inzichten halen uit metingen van het groene plantenpigment chlorofyl, genomen door satellietsensoren en onderzoekscruises. Maar vanwege het ongewone samenspel van licht, kleur en leven in het noordpoolgebied, het werk vereiste nieuwe algoritmen. "De Noordelijke IJszee is de moeilijkste plek ter wereld om satelliet remote sensing te doen, " legde Arrigo uit. "Algoritmen die overal ter wereld werken - die naar de kleur van de oceaan kijken om te beoordelen hoeveel fytoplankton er is - werken helemaal niet in het noordpoolgebied."

De moeilijkheid komt gedeeltelijk voort uit een enorme hoeveelheid binnenkomend theekleurig rivierwater, die opgelost organisch materiaal bevat dat sensoren op afstand voor chlorofyl aanzien. Extra complexiteit komt van de ongebruikelijke manieren waarop fytoplankton zich heeft aangepast aan het extreem lage licht van de Noordpool. "Als je wereldwijde satelliet-teledetectie-algoritmen gebruikt in de Noordelijke IJszee, je krijgt ernstige fouten in je schattingen, " zei Lewis.

Toch zijn deze teledetectiegegevens essentieel voor het begrijpen van langetermijntrends in een oceaanbekken in een van 's werelds meest extreme omgevingen, waar een enkele directe meting van NPP 24 uur 24 uur per dag werk kan vergen door een team van wetenschappers aan boord van een ijsbreker, zei Lewis. Ze stelde nauwgezet sets van oceaankleur- en NPP-metingen samen, vervolgens de gecompileerde database gebruikt om algoritmen te bouwen die zijn afgestemd op de unieke omstandigheden van het noordpoolgebied. Zowel de database als de algoritmen zijn nu beschikbaar voor openbaar gebruik.

Het werk helpt te verduidelijken hoe klimaatverandering de toekomstige productiviteit van de Noordelijke IJszee zal bepalen, voedselvoorziening en capaciteit om koolstof te absorberen. "Er zullen winnaars en verliezers zijn, " Zei Arrigo. "Een productiever Noordpoolgebied betekent meer voedsel voor veel dieren. Maar veel dieren die zich hebben aangepast om in een polaire omgeving te leven, vinden het leven moeilijker naarmate het ijs zich terugtrekt."

De groei van fytoplankton kan ook niet synchroon lopen met de rest van het voedselweb omdat het ijs eerder in het jaar smelt. Voeg daarbij de waarschijnlijkheid van meer scheepvaartverkeer naarmate de Arctische wateren opengaan, en het feit dat het noordpoolgebied gewoon te klein is om een ​​groot deel van de uitstoot van broeikasgassen in de wereld te verminderen. "Het neemt veel meer koolstof op dan vroeger, "Arrigo zei, "Maar het is niet iets waar we op kunnen vertrouwen om ons uit ons klimaatprobleem te helpen."