Under 2011, forskare observerade något som borde vara omöjligt - en massiv blomning av växtplankton som växer under arktisk havsis under förhållanden som borde ha varit alldeles för mörka för att något som kräver fotosyntes ska överleva. Så, hur var denna blomning möjlig?

Med hjälp av matematisk modellering, forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) fann att uttunning av arktisk havsis kan vara ansvarig för dessa blomningar och fler blomningar i framtiden, potentiellt orsaka betydande störningar i den arktiska näringskedjan.

Forskningen beskrivs i Vetenskapens framsteg och är ett samarbete mellan forskare från SEAS, University of Oxford och University of Reading.

Växtplankton ligger till grund för hela det arktiska näringsnätet. Varje sommar, när havsisen drar sig tillbaka, solljus som träffar det öppna vattnet utlöser en massiv blomning av plankton. Dessa plymer lockar fisk, som attraherar större rovdjur och ger mat åt ursprungsbefolkningen som lever i Arktis.

Växtplankton borde inte kunna växa under isen eftersom is reflekterar det mesta solljuset tillbaka ut i rymden, blockerar den från att nå vattnet nedanför.

Men under de senaste decennierna, Arktisk is har blivit mörkare och tunnare på grund av värmande temperaturer, låter mer och mer solljus tränga in i vattnet under. Stor, mörka vattenpölar på ytan av isen, kända som smältdammar, har ökat, sänker isens reflektionsförmåga. Isen som förblir frusen är tunn och blir allt tunnare.

"Vår stora fråga var, hur mycket solljus som sänds genom havsisen, både som en funktion av tjocklek, som har minskat, och smältdammsprocenten, som har ökat, " sa Chris Horvat, första författare till uppsatsen och doktorand i tillämpad matematik vid SEAS. "Vad vi fann var att vi gick från ett tillstånd där det inte fanns någon potential för planktonblomningar till att massiva områden i Arktis var mottagliga för dessa typer av tillväxt."

Teamets matematiska modellering fann att medan smältdammarna bidrar till förhållanden som är vänliga för blomningar, den största boven är istjockleken.

Tjugo år sedan, endast cirka 3 till 4 procent av arktisk havsis var tillräckligt tunn för att tillåta stora kolonier av plankton att blomma under. I dag, forskarna fann att nästan 30 procent av det istäckta Ishavet tillåter underisblomningar under sommarmånaderna.

"Mätrets minskning av havsisens tjocklek i Arktis under de senaste 30 åren har dramatiskt förändrat ekologin i det området, sade Horvat. Helt plötsligt, Hela vår idé om hur detta ekosystem fungerar är annorlunda. Grunden för det arktiska näringsnätet växer nu vid en annan tidpunkt och på platser som är mindre tillgängliga för djur som behöver syre."

Forskarna hoppas att deras modell kommer att vara till hjälp för att planera framtida expeditioner för att observera dessa blomningar och mäta effekten som denna förändring kommer att ha på ekosystemen.