Onderzoekers die subglaciale wateren van zowel Antarctica als Groenland onderzochten, ontdekten dat deze wateren hogere concentraties van belangrijke, levensondersteunende elementen dan eerder werd gedacht, antwoord op een grote onbekende voor wetenschappers die de geochemische processen van de aarde willen begrijpen.

"De gegevens van een Antarctisch meer zijn bijzonder opwindend, " zei Jon Hawkings, postdoctoraal onderzoeker van de Florida State University. "De meeste mensen hebben de neiging om Antarctica te zien als gewoon ijs, maar we weten al 40 jaar van deze meren onder de gletsjers op Antarctica en er zijn er momenteel meer dan 400 geïdentificeerd. Sommige wetenschappers verwijzen naar de subglaciale omgeving op Antarctica als 's werelds grootste wetland. De uitdaging voor wetenschappers is dat het gewoon extreem moeilijk is om ze te bemonsteren."

Hawking, samen met collega's van Florida State en Montana State University, heeft deze week een nieuwe studie gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences het verkennen van deze subglaciale wateren.

De studie onderzoekt specifiek het vloeibare water onder de ijskappen op Antarctica en Groenland. Ongeveer 10 procent van het landoppervlak van de aarde is bedekt met deze ijskappen, en deze polaire omgevingen ondergaan snelle veranderingen als gevolg van stijgende temperaturen. Wetenschappers zijn zeer geïnteresseerd in het begrijpen van deze omgevingen en hoe aanhoudende opwarming kritieke geochemische processen in de toekomst zal beïnvloeden.

Hawkings analyseerde de watermonsters met de nadruk op zogenaamde sporenelementen - chemische elementen die in extreem kleine hoeveelheden aanwezig zijn, maar die essentieel zijn voor microscopisch kleine organismen en dus voor de wereldwijde koolstofcyclus. Wetenschappers dachten jarenlang dat de wateren onder gletsjers wereldwijd deze elementen in zulke minuscule hoeveelheden bevatten dat ze geen significante rol speelden in de geochemische en biologische processen van de aarde.

"Wat we ontdekten, is dat ijskappen schijnbaar belangrijker zijn voor levensprocessen dan we aanvankelijk dachten, " zei FSU universitair hoofddocent aarde, Oceaan en atmosferische wetenschap Robert Spencer. "Omdat grote onbekenden in ons hedendaagse begrip van hoe onze planeet werkt, worden ontdekt, het herinnert ons eraan hoeveel er nog te leren valt."

Bijvoorbeeld, wetenschappers verwachtten minder dan 5 microgram per liter opgelost ijzer (een uiterst belangrijk sporenelement) te zien in sommige van deze subglaciale wateren, maar ze zagen er maximaal 1, 000 microgram per liter. Deze grote variaties kunnen een groot verschil maken in hoeveel leven kan worden volgehouden in extreme subglaciale ecosystemen en in de oceaanwateren die smeltwater van de ijskap ontvangen.

"Deze sporenelementen zijn een beetje zoals de vitaminetablet die mensen elke dag innemen, Spencer zei. "Hoewel we maar kleine hoeveelheden van deze materialen nodig hebben, ze zijn van fundamenteel belang voor de ontwikkeling van gezonde ecosystemen."

Het verzamelen van subglaciale wateren voor analyse is echter geen sinecure, vooral op Antarctica. Onderzoekers moeten werken in afgelegen en ruwe omgevingen.

Hawkings' en Spencer's medewerkers van de Montana State University, Professoren John Priscu en Mark Skidmore, orkestreerde een logistiek gecompliceerde onderzoeksexpeditie naar Antarctica om meer dan 3 te boren, 500 voet door de Antarctische ijskap.

Na in 2016 financiering te hebben ontvangen van de National Science Foundation voor het project SALSA (Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access), Priscu leidde een veldcampagne waarbij bijna 1 miljoen pond aan uitrusting met vliegtuigen en tractoren over de ijskap naar het veld moest worden verplaatst.

Vervolgens, van december 2018 tot januari 2019, het SALSA-project Science Team boorde door ongeveer driekwart mijl ijs in Mercer Subglacial Lake, een meer van meer dan 9 kilometer lang en 15 meter diep. Ze kozen dat specifieke meer omdat het zich bevond op de plek waar twee ijsstromen samenkomen.

"We waren geïnteresseerd in de fysieke, chemische en biologische processen die plaatsvinden in dat specifieke meer, maar dan is er ook deze bredere context van deze meren die deel uitmaken van het grotere hydrologische systeem onder de ijskap, "Zei Skidmore. "We willen zien wat er onder de ijskap wordt gegenereerd en hoe dat aansluit op de kustomgevingen."

Skidmore nam monsters volgens een protocol dat Hawkings had opgesteld en stuurde ze vervolgens terug naar de Verenigde Staten via een temperatuurgecontroleerde vrachtboot. enkele maanden in beslag nemen, en vervolgens doorgestuurd naar Tallahassee via een nachtelijke levering in speciale koelers om de monstertemperaturen stabiel te houden.

Hawkings en collega's verzamelden afzonderlijk monsters in Groenland van een grote smeltwaterrivier die onder de Leverett-gletsjer ontstond. Het veldwerk, onder leiding van Jemma Wadham van de Universiteit van Bristol in het Verenigd Koninkrijk, omvatte het monitoren van de hydrologische en geochemische kenmerken van de rivier gedurende een periode van drie maanden tijdens het smeltseizoen in de zomer.

Hawkings en Spencer voerden vervolgens geochemische analyses uit in speciaal ontworpen laboratoria in het National High Magnetic Field Laboratory met het hoofdkantoor van de FSU, die stof of andere omgevingsfactoren die de monsters mogelijk zouden kunnen besmetten, tot een minimum beperken.

De onderzoekers zeiden dat hun gezamenlijke middelen en interdisciplinaire aanpak uiteindelijk resulteerden in een onderzoek dat hun vakgebied vooruit zal helpen.

"Ontdekkingen worden gedaan op het snijvlak van disciplines, "Zei Priscu. "De PNAS paper doorkruist vele disciplines en toont de kracht van internationale samenwerking. De resultaten in dit manuscript hebben onze kijk op de invloed van polaire ijskappen op het aardsysteem veranderd."