En ny studie ledd av en INSTAAR-postdoktor har hittat dramatiska förändringar i ekosystemet i en avlägsen skärgård i Ishavet som svar på den senaste tidens klimatförändringar.

Publicerad idag i tidskriften med öppen tillgång Vetenskapliga rapporter , studien finner tydliga kopplingar mellan förändringar i biologiska system och klimatförändringar i Arktis. I linje med andra studier, det visar att högarktis, som värms upp snabbare än någon annan region på jorden, genomgår redan en snabb ekosystemförändring och kommer att fortsätta att förändras i framtiden.

Lineke Woelders, för närvarande på INSTAAR och tidigare en Ph.D. student vid KU Leuven, Belgien, utnyttjade att vara vid en mycket avlägsen sjö på en ö på östra Svalbard för att ta ett kärnprov av sjösedimenten.

Östra Svalbard är en obebodd del av Svalbards skärgård i Ishavet, och är så otillgänglig att forskare endast sällan har kunnat resa dit för att hämta journaler och direkta observationer. Woelders, tillsammans med medförfattarna Keechy Akkerman och Wim Hoek (Utrecht University) och Thomas van Hoof (TNO Applied Geosciences), var en del av en forsknings- och uppsökande kryssning, Nederländernas vetenskapliga expedition Edgeøya Spitsbergen (SEES.NL), som tog forskare till öar på östra Svalbard i augusti 2015.

Fördelen med att ha en sjösedimentkärna från en plats så långt från befolkningscentra är att den kan visa att ekologin förändras som svar på klimatförändringar utan att maskeras av signaler från närliggande mänsklig aktivitet. "Kärnan lät oss se de senaste klimatförändringarna och vad de gjorde med ekologin där, långt ifrån människor, säger Woelders.

Varje år, sediment lägger sig på botten av sjöar, bär pollenkorn, alger, och resterna av små varelser som lever i vattnet. Genom att studera de lager som lämnats kvar under efterföljande år, forskare kan se många bevis som hjälper dem att rekonstruera ekologin i och runt sjön.

Sedimentationen i arktiska sjöar kan vara långsam, ibland bara ett par tum på 200 år. Woelders hade tur:de slutade med ett prov 18 tum (45 centimeter) långt inspelning 125 år, från 1890 till 2015. Längden på provet lät Woelders och hennes kollegor datera kärnan korrekt och se de senaste förändringarna i detalj. "Det är ett sätt att gå tillbaka i tiden utan att vara där - det är därför jag älskar paleo, säger Woelders.

Väl tillbaka i labbet, Woelders och medförfattare Akkerman och Kimberley Hagemans (Utrecht University) tittade på lager av kärnan för att ta reda på om sjöns ekologi genom tiden. Pollenkorn visade vilka växter som växte där. Grönalger indikerade produktivitet, eller graden av ny biomassa som produceras i ett system. Och skalen av kiselalger, encelliga alger som är den vanligaste formen av växtplankton, registrerad information om vattenkvalitet.

Medan Woelders rekonstruerade spår av den ekologi som registrerats i sjöns sedimentkärna, forskarkollegan Jan Lenaerts sammanförde klimat- och havsisdatakällor från det omgivande området. Lenaerts, vid den tiden post-doc forskare vid Utrecht University och nu biträdande professor vid Atmospheric and Oceanic Sciences-avdelningen vid CU Boulder, är också Woelders man. Denna studie var första gången de hade kunnat arbeta tillsammans i en utredning. "Detta var vår långa önskan, säger Woelders.

Lenaerts rekonstruerade temperatur från omgivande mätstationer i skärgården med data tillbaka till 1960. Han grävde också fram satellitbilder, tillgängliga tillbaka till 1980-talet, som visar omfattningen av närliggande havsistäcke, som driver det lokala klimatet vid sjöns läge nära havet.

Kärnan visar plötsligt, dramatiska förändringar i sjöns ekosystem.

"Från 1890 till 1980, säger Woelders, "du såg bara en liten ökning av antalet alger per gram." Mängden alger i en kärna är bevis för hastigheten av ny biomassa som produceras i en miljö. "Från början av 1990-talet och framåt, de bara exploderade. Helt plötsligt, vi såg hundra gånger fler alger än ett sekel tidigare."

De nya algerna var inte där på grund av mer näringsämnen i systemet, antingen. Mellan 1950 och 2000 förändrades de grupper av kiselalger som var vanligast i sjön avsevärt, men dessa förändringar tydde inte på en förändring i mängden kväve eller andra näringsämnen i vattnet.

Dagar över fryspunkten, dock, ökade dramatiskt efter 1960. Varje decennium fanns det 11 fler dagar över fryspunkten per år än decenniet innan. Dessutom, den havsisfria perioden nära sjön ökade från cirka tre månader per år i slutet av 1980-talet till sex månader per år 2010-2014. Temperaturförändringar är den mest sannolika orsaken till de ekosystemförändringar som ses i kärnan. "Resultaten överensstämmer med andra studier av Arktis, säger Woelders.

"Jag hade aldrig sett något liknande förut, och jag hade aldrig sett en signal så tydlig. Först trodde vi att vi hade gjort något fel med proverna, " reflekterar Woelders. "När du börjar inse vad du ser och hur snabbt saker och ting förändras, man blir ödmjuk. Okej, så detta är vad klimatförändringarna gör i Arktis."