Arctische onderzoekers Jacqueline Grebmeier en Lee Cooper bezoeken al bijna 30 jaar de Bering- en Chukchi-zee voor de kust van Alaska, het verzamelen van informatie over de biologische diversiteit van de waterige wereld onder het zee-ijs om te begrijpen hoe mariene ecosystemen reageren op veranderingen in het milieu. Dit jaar, een onderzoekscruise in het late seizoen in oktober bracht een verrassing aan het licht. In een tijd van het jaar waarin meestal een ijsbrekend schip nodig is om ze naar enkele van de buitenposten voor het verzamelen van gegevens te brengen, wetenschappers vonden niets anders dan open water en een ongewoon actief ecosysteem.

"De water- en luchttemperaturen waren warmer, en we hadden ecosysteemactiviteit die normaal niet laat in het seizoen plaatsvindt, " zei professor Jacqueline Grebmeier van het University of Maryland Center for Environmental Science Research, hoofdwetenschapper op de onderzoekscruise en een nationale en internationale leider in Arctisch onderzoek.

Grebmeier en Cooper maakten deel uit van een klein team van onderzoekers van het University of Maryland Centre for Environmental Science, de Universiteit van Alaska Fairbanks, en Clark University die een ongebruikelijke Arctische onderzoekscruise in het late seizoen hebben voltooid vanwege de reisuitdagingen van de COVID-19-pandemie. Ze ontdekten dat een ecosysteem - naar verwachting uit te schakelen naar winteractiviteit op laag niveau met vorming van zee-ijs - nog steeds actief is, waarschijnlijk als gevolg van ongebruikelijk warme oceaantemperaturen. Zee-ijsvorming was nog een aantal weken verwijderd.

"2020 bleek de op één na laagste minimale hoeveelheid zee-ijs te zijn, wat betekent dat het zee-ijs zich dichter bij de Noordpool terugtrok, "Zei Grebmeier. "We hadden warm water tot 3 graden Celsius hoger dan normaal, helemaal door de waterkolom. Dat betekent dat je het niet zo snel kunt afkoelen om ijs te bouwen."

En ijs is belangrijk. Het is het ijs dat dat echt productieve veersysteem opzet om het ecosysteem van stroom te voorzien.

"Zonder ijsvorming krijg je die lente-ijsalgenproductie niet, dat is de eerste hit van nice, verse koolstof die de dieren in de sedimenten gebruiken om hun groei te vergroten, "zei ze. "Dus sommige open watergebieden zullen later in het seizoen bloeien, omdat het zal zijn als het openen van een groter speelveld en voedsel leveren voor waterkolomdieren zoals zoöplankton, terwijl anderen die afhankelijk waren van die ijsalgenproductie in de onderste ondiepe sedimenten, meer beperkt seizoensgebonden voedsel zullen hebben."

De bemonstering in het late herfstseizoen geeft aan dat vertragingen in de vorming van zee-ijs de biologische productie in het late seizoen ondersteunen die nog niet eerder is waargenomen.

"De biomassa van microalgen in de waterkolom was onverwacht hoog en niet veel lager dan vaak wordt waargenomen in het midden van de zomer onder bijna 24 uur daglicht, " zei professor Lee Cooper van het University of Maryland Center for Environmental Science Research, die de biologische en chemische metingen van de waterkolom leidde.

Ook Grebmeier en Cooper zien verschuivingen bij deze bodemdieren. De mosselen en wormen die op de bodem van het noordpoolgebied leven en een belangrijke voedselbron zijn voor alles, van bodemvissen tot walrussen en duikende zee-eenden.

"We zien in veel gebieden een afname van de biomassa, dus er is niet zoveel voedsel op de zeebodem als vroeger, wat betekent dat er minder voedsel beschikbaar is voor de dingen die we traditioneel beschouwen als pooldieren, " zei Cooper. "Het ecosysteem verandert."

"Het is alsof je een ballon hebt gepakt en erin hebt geperst, en het zuidelijke deel ervan wordt kleiner en het noordelijke deel wordt groter. Er is een samentrekking van deze rijke Arctische vette bodemdieren van het zuiden naar grotere hoeveelheden in het noorden, ’ zei Grebmeier.

De onderzoekers doen meestal hun jaarlijkse waarnemingen juli-september, maar de COVID-19-pandemie leidde tot vertragingen en duwde hun cruise voor het eerst naar oktober. Het handhaven van de continuïteit van langetermijnwaarnemingen is van cruciaal belang, aangezien de regio wordt beïnvloed door klimaatverandering.

"We werken daar al bijna 30 jaar per jaar. Dit zou een gat in de metingen zijn geweest, en dit was een kritiek jaar gezien het lage ijs, " zei Cooper. "We hebben de volledige reeks bemonstering gedaan die we doen bij het observeren van programma's, we hebben het net in oktober gedaan."

Het onderzoeksschip Norseman II vervoerde de wetenschappers voor de drie weken durende onderzoekscruise. Voorafgaand aan de cruise, de wetenschappelijke bemanning ondernam een ​​COVID-19-quarantaine in Anchorage, inclusief meerdere testen, alvorens naar Nome te vliegen en direct over te stappen op het schip om mogelijke virale blootstelling aan inwoners van de Beringstraat-regio te voorkomen. De individuele deelnemende universiteiten hadden hun eigen strenge eisen en testprotocollen voorafgaand aan het goedkeuren van reizen.

Het team stopte bij verschillende gevestigde observatiestations waar wetenschappers alles kunnen volgen, van de temperatuur en het zoutgehalte van het water en de hoeveelheid zoöplankton (visvoer) die rondzwemt tot schadelijke algenbloei van fytoplankton en dieren die in het sediment leven. Het doel is om te observeren en te documenteren hoe de Arctische wezens reageren op klimaatverandering en die ecosysteemveranderingen te volgen bij verder verlies van zee-ijs.

Het Distributed Biological Observatory (DBO) is een reeks standaardstations die seizoensgebonden worden bezet door nationale en internationale schepen en ligplaatsen die voortdurend fysiek, chemische en biologische metingen in de Arctische wateren van de VS om te documenteren hoe biologische systemen veranderen en/of zich aanpassen als gevolg van veranderingen in het milieu. Grebmeier leidde een internationaal team van wetenschappers om de DBO op te zetten in het Noord-Amerikaanse Noordpoolgebied.

Het Arctic Marine Biodiversity Observing Network, geleid door Katrin Iken aan de Universiteit van Alaska Fairbanks' College of Fisheries and Ocean Sciences, maakt deel uit van een nationaal netwerk dat onderzoekt hoe de biodiversiteit en de verspreiding van soorten veranderen als gevolg van klimaatverandering in het Noordpoolgebied van de VS.

De onderzoekers bezochten ook het Chukchi Ecosystem Observatory, een reeks zeer geïnstrumenteerde oceanografische ligplaatsen die het ecosysteem het hele jaar door bewaken.

"Dit was echt een waardevolle inspanning die zijn vruchten afwierp door biologische gegevens beschikbaar te maken van een deel van het jaar waar er historisch weinig waarnemingen zijn geweest, ’ zei Grebmeier.

De monsters die zijn verkregen en teruggebracht naar de thuislaboratoria in Maryland, De staat Washington, en Alaska zal meerdere langetermijnprojecten ondersteunen. De wetenschappers konden ook monsters verzamelen voor anderen die niet op de cruise konden vanwege reis- en onderzoeksbeperkingen door COVID.