En liten ledtråd som finns i gammalt sediment har låst upp stora hemligheter om Grönlands förflutna och framtida klimat.

Strax bortom den nordvästra kanten av det stora Grönlands inlandsis, Forskare från Northwestern University har upptäckt sjölera som slog tuffa odds genom att överleva den senaste istiden. Leran, och rester av vanliga flugor inbäddade i den, registrera två interglaciala perioder i nordvästra Grönland. Även om forskare länge har känt till dessa två perioder - det tidiga Holocene och Last Interglacial - upplevt uppvärmning i Arktis på grund av förändringar i jordens bana, blandningen av flugarter som bevarats från dessa tider visar att Grönland var ännu varmare än man tidigare trott.

Denna information kan hjälpa forskare att bättre mäta Grönlands känslighet för uppvärmning, genom att testa och förbättra modeller för klimat och inlandsbeteende. Dessa modeller kan sedan förbättra förutsägelser om hur Grönlands inlandsis, som täcker 80 procent av det arktiska landet och har tillräckligt med is för att motsvara 20 fot av den globala havsnivån, kan reagera på den globala uppvärmningen som skapats av människor.

"Nordvästra Grönland kan kännas väldigt avlägset, men vad som händer med den inlandsisen kommer att betyda något för alla i New York City, Miami och alla kuststäder runt om i världen, " sa Yarrow Axford, studiens seniorförfattare och en docent i jord- och planetvetenskaper vid Northwestern. "En av de stora osäkerheterna inom klimatvetenskap är fortfarande hur snabbt jorden förändras när det blir varmare. Geologi ger oss en möjlighet att se vad som hände när jorden var varmare än idag."

Publicerad idag, XX maj, i Proceedings of the National Academy of Sciences , studien inkluderade bidrag från medarbetare vid Dartmouth College.

Folk kan bli förvånade över att se hur dagens iskalla Grönland såg ut under de två senaste mellanistiderna. I dag, Nordvästra Grönland svävar på 30-talet och låga 40-talet Fahrenheit och klarar snöstormar på sommaren. Men genomsnittliga sommartemperaturer i början av holocen (8, 000 till 11, 000 år sedan) och Last Interglacial (116, 000 till 130, 000 år sedan) klättrade långt in på 50-talet.

Under den sista interglacialen, globala havsnivåer ökade med 15 till 30 fot, till stor del på grund av uttunning av Grönlands och Antarktis inlandsisar. Men nu tror Northwesterns team att norra Grönlands inlandsis upplevde en starkare uppvärmning än tidigare trott, vilket kan innebära att Grönland är mer ansvarigt för den havsnivåhöjningen.

Tidens lager

För att mäta dessa gamla temperaturer, forskare ser till iskärnor och sjöns sedimentkärnor. Eftersom is- och sjösediment bildas genom en inkrementell uppbyggnad på årliga lager av snö eller lera, dessa kärnor innehåller arkiv från det förflutna. Genom att titta igenom lagren, forskare kan peka på klimatledtrådar från evigheter sedan. Att hitta sjö sediment äldre än cirka 10, 000 år, dock, har varit historiskt mycket svårt på Grönland.

"Det klassiska som glaciärer gör är att glida, " sa Axford. "Så när inlandsisen växer sig större, all denna underbara geologi tas upp och spottas ut i haven."

Men Axfords team hittade ett område där detta inte var fallet.

Klimatet i nordvästra Grönland har de perfekta förutsättningarna för att bevara sedimenten i en liten sjö som Axfords team kärleksfullt kallar "Wax Lips Lake" på grund av sin form.

"Under den senaste istiden, inlandsisen där var precis lagom tunn, och atmosfären var precis tillräckligt kall att inlandsisen frös till marken istället för att smälta vid basen och glida, sa Jamie McFarlin, en Ph.D. student vid Northwesterns avdelning för jord- och planetvetenskap, som ledde studien. "Den växte ovanpå sig själv och bevarade det mesta av geologin nedanför."

"Isen tippade försiktigt över denna plats istället för att plöja över den, ", tillade Axford.

Efter att ha tagit ett två meter långt rör med sediment från Wax Lips Lakes sjöbädd, McFarlin kammade igenom lagren för att undersöka dem från tidiga holocen och sista mellanistiderna. Det var då hon lade märke till en blandning av sjöflugor, kallas kironomider, som antydde ett varmare klimat under båda perioderna. Särskilt överraskande:Den sista mellanistidperioden vimlade av en annan typ av insekt känd som fantommyggan. Även om fantommyggor har rapporterats i låg mängd i nordliga klimat, man skulle behöva resa 1, 000 miles söderut till Canadas Labradorprovins för att hitta fantomackor vid jämförbara mängder med Last Interglacial i nordvästra Grönland.

"Så vitt vi vet, den har aldrig hittats på Grönland. Vi tror att det här är första gången någon har rapporterat det i gamla sediment eller moderna sjöar där, " sa Axford. "Vi blev verkligen förvånade över att se hur långt norrut den migrerade."

Den större bilden

Att upptäcka denna blandning av insekter innebär att nordvästra Grönlands genomsnittliga juli under de två senaste mellanistiderna troligen klättrade över 50 grader och möjligen till högst 50-talet under den sista mellanistidperioden. Detta bekräftar kontroversiella geologiska register konstruerade från iskärnor tagna i närheten, vilket också tydde på betydande uppvärmning under dessa tidsperioder.

"Andra register har visat att norra Grönlands klimat var mycket varmare än vad folk förväntade sig under dessa perioder, och dessa resultat fick berättigad skepsis, ", sa Axford. "Nu har vi ett oberoende rekord som bekräftar att när Arktis värmdes upp tidigare, det var särskilt stark uppvärmning i norra Grönland. "

Dessa data kommer att hjälpa det bredare forskarsamhället att ytterligare finslipa klimat- och inlandsmodeller som används för att projicera framtida förändringar.

"Det här är den typ av grundsanning som vi behöver för att få riktigt exakta klimatmodeller och prognoser, sa Magdalena Osburn, en biträdande professor i jord- och planetvetenskap vid Northwestern, som var medförfattare till studien. "Vi upptäcker att i vissa fall, modeller inkluderar inte temperaturer som är tillräckligt varma för den här delen av världen."

Det finns en varning. Välkända förändringar i jordens omloppsbana orsakade uppvärmning under de tidiga holocen och sista mellanistiderna. I dag, uppvärmningen härrör från konstgjorda källor och sker mycket snabbare än uppvärmningen under dessa mellanistider. Det betyder att det finns en chans att jorden kanske inte reagerar på dagens uppvärmning på samma sätt.

"Tidigare klimat är vår bästa analog för framtida uppvärmning, och våra resultat antyder att land på dessa mycket höga breddgrader i Arktis kan värma ännu mer än förutspått under det kommande århundradet, "Men Axford sa." Men ingenting i Jordens förflutna är en perfekt analog eftersom det som händer idag är helt utan motstycke. "