Smältande ishyllor förändrar havets kemi på Sydpolen och resultatet kan bli en förändring i globala strömmar och ökad glacial smältning, enligt forskare som skapar kartor för att mata in klimatförändringsmodeller.

På nord- och sydpolen, kallt tätt vatten sjunker, driver det så kallade globala havstransportbandet, ett komplext system som är beroende av värmeöverföring och densitet som driver havsströmmar över hela världen.

Detta system reglerar regionala klimat men är hotat när stora mängder sötvatten – som glaciäris – faller i havet. Ishyllans smältning innebär att mer glaciäris kommer att dumpas i havet, och detta riskerar att stänga av transportbandet, eftersom utspädd, mindre tätt saltvatten är mindre benägna att sjunka.

I Antarktis, på djup mellan 500 och 2000 meter, en överraskande varm saltvattenmassa kan hittas, kallas Circumpolar Deep Water. På vissa punkter under Antarktis, detta varma vatten kommer i kontakt med undersidan av ishyllorna och smälter isen. Om mer varmt saltvatten når botten av ishyllorna än tidigare år, detta kan underblåsa en ökning av ishyllans smälta.

Dr Laura Herraiz Borreguero från University of Southampton, STORBRITANNIEN, och koordinator för OCEANIS-projektet, spårar rörelserna av denna varma salta ström, för att se om det finns några fluktuationer eller förändringar jämfört med tidigare år.

Genom att analysera och jämföra data som samlats in av andra forskare, hon har upptäckt att under de senaste 20 åren, den varma salta vattenströmmen har blivit vanligare. Effekterna är ännu mer uttalade i den ogästvänliga regionen östra Antarktis, en del av kontinenten som i allmänhet är mindre väl undersökt än Västantarktis, eftersom det är mycket svårare att komma åt.

Fartgupp

Eftersom ishyllor fungerar som fartgupp för glaciärisflödet och saktar ner hastigheten med vilken antarktiska glaciärer når havet, en ökning av ishyllans smälta skulle innebära att glaciärer kan dumpa stora mängder sötvattenis i havet okontrollerat.

'Om vi ​​förlorar (ishyllorna), glaciärernas hastighet kan vara fyra till fem gånger snabbare, sa Dr Herraiz Borreguero.

Hennes nästa utmaning är att avgöra exakt vilken effekt förändringen i cirkumpolärt djupvatten kommer att ha. "Vad jag tittar på nu är hur detta förändrar egenskaperna hos vattnet runt Antarktis, även i förhållande till södra oceanens cirkulation, ' Hon sa. "Att förbättra vår kunskap om interaktioner mellan ishyllan och havet är ett avgörande steg mot att minska osäkerheten i prognoser om framtida havsnivåhöjning."

Havets cirkulation studeras också av Dr. Melanie Grenier från Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Frankrike, som koordinerar GCP-GEOTARCTIC-projektet. Projektet är en del av ett multinationellt samarbete kallat GEOTRACES som syftar till att bättre förstå den globala havscirkulationen och marina kretsloppen genom att undersöka fördelningen av lösta och partikelformiga kemiska grundämnen suspenderade i vattenpelaren.

Partikelkoncentrationer, distributioner och utbyten kan berätta mycket för forskare om vad som händer i vattenpelaren. Vissa vattenmassor har distinkta egenskaper, till exempel att vara näringsrik, eller näringsfattig, värma, kall, salt eller färskt.

Thorium-230

Dr. Grenier använder ett kemiskt spårämne som heter torium-230 för att övervaka volymen av partiklar och har funnit att vattensammansättningen på Nordpolen förändras. "Amerasian Arktis uppvisar lägre koncentrationer av detta geokemiska spårämne än tidigare, överensstämmer med den ökande trenden för havsis reträtt och en efterföljande ökning av partikelkoncentrationer.'

En av anledningarna till detta är ett minskat istäcke. Mindre is gör att mer ljus kan komma in i havet och att mer liv kan utvecklas, leder till en ökning av marina partiklar. Mindre is betyder också mer interaktion med atmosfären, särskilt med vinden, vilket kan öka blandningen i havet, och så partiklar som ligger i sedimentet återsuspenderas i vattenpelaren.

Även om detta inte nödvändigtvis är skadligt i sig, det är en indikation på förändringar i havscirkulationen och kan påverka det globala havstransportbandet. Dock, det är inte känt hur känsligt det systemet kan vara för att förändras, så forskare måste fortsätta att övervaka situationen.

Både OCEANIS och GCP-GEOTARCTIC har för avsikt att skapa kartor baserade på sin forskning – för OCEANIS, detaljerade punkter där varmt vatten når Antarktis ishyllor, och för GCP-GEOTARCTIC, en karta över global thorium-230 distribution, med input från andra GEOTRACES-forskare.

Modeller

Dessa kommer att användas för att utveckla bättre informerade modeller för att förutsäga hur planeten ska reagera på förändringar i klimatet. Modellerna förbättras också av forskare som anpassar klimatrekord från marina sediment och is genom att använda fina partiklar av vulkanisk aska som en röd tråd.

Vertikala cylindrar av marint sediment och is, känd som kärnor, används av geologer för att avgöra hur tidigare klimat var. När is fryser eller sediment lägger sig, de fångar luft, partiklar och fossiler som ger ledtrådar till klimatet på den tiden. Men, det kan vara svårt att matcha en viss del av en marin sedimentkärna med motsvarande tidsperiod för en iskärna.

Dr Peter Abbott från Cardiff University, STORBRITANNIEN, och universitetet i Bern, Schweiz, driver ett projekt som heter SHARP för att utveckla en metod för att göra just det.

"Tekniken som jag använder kallas tefrokronologi, ' han sa. "Vi spårar partiklar från tidigare vulkanutbrott mellan isen och de marina kärnorna. Om du kan hitta samma utbrott, då kan det fungera som en bindningslinje mellan dessa poster eftersom partiklarna avsattes samtidigt i båda miljöerna.'

Dr Abbott använder laboratoriemetoder och optisk mikroskopi för att skanna kärnorna och identifiera asklager gömda i isen och de marina kärnorna. Varje enskild vulkansk händelse lämnar ett unikt kemiskt fingeravtryck på materialet den driver ut, vilket innebär att forskare kan använda askan för att korrekt matcha iskärnorna och sedimentkärnorna, ge forskare mer exakt information om tidigare klimat, och följaktligen förbättra de prediktiva modellerna.

"Om vi ​​kan förklara hur klimatet har förändrats tidigare, det ger oss en bättre förståelse för hur det kan tvingas fram i framtiden, sa Dr Abbott.