Ny forskning ledd av glaciologer och isotopgeokemister från University of Bristol har funnit att smältande inlandsisar förser de omgivande haven med det viktiga näringsämnet kiseldioxid.

Kiseldioxid behövs av en grupp marina alger (havens mikroskopiska växter) som kallas kiselalger, som använder den för att bygga sina glasartade cellväggar (kända som frustler).

Dessa plankton tar upp globalt betydande mängder kol – de tar bort koldioxid från atmosfären via fotosyntes, och fungerar som en naturlig kolsänka när de dör och faller till havets botten – och utgör basen i den marina näringskedjan.

Studien publicerad idag i tidskriften Naturkommunikation föreslår att glaciärt smältvatten, både i nutid och under tidigare istider, innehåller kiseldioxid som kan vara användbar för att upprätthålla tillväxten av kiselalger i haven runt inlandsisar, som är hem för ekonomiskt viktiga fiske och marint liv.

Forskarna visar att kiseldioxiden i glaciala smältvatten från Grönlands inlandsis har en distinkt isotopsignatur, skiljer sig från den som finns i andra floder.

Forskare har tidigare funnit att kiselalger och svampar (som bygger sina skelett av kiseldioxid) gradvis begravda i havssediment sedan förra istiden har en annan isotopisk kiselsignatur än sina moderna släktingar.

Denna lättare isotopsignatur ansågs vara resultatet av förändrad kiselalgeraktivitet och havsströmmar under och mellan istider. Dock, Forskare tror nu att en förändring i isotopsignaturen för flodvattnet som tillförs havet kan förklara dessa förändringar.

Dr Jon Hawkings, huvudförfattare till studien från University of Bristol's School of Geographical Sciences, Bristol Glaciology Center och Cabot Institute for the Environment sa:"I den här studien ville vi ta reda på om kiseldioxid i glaciala smältvatten från ett stort inlandsis (Grönland) har en distinkt isotopsignatur.

"Om det gör det, då kan de enorma mängderna smältvatten som kommer från smältande inlandsisar under deglaciationen stå för en del av förändringen i isotopisk signatur för havets kisel som har registrerats tidigare. Snabb inlandssmältning under den senaste istiden ledde till perioder med havsnivåhöjningar på mer än 3 cm per år (jämfört med cirka 0,3 cm per år för närvarande).

"I toppar, istäcken smälter uppskattningsvis 25, 000 km3 vatten kom in i haven från smältande inlandsisar varje år – det är mer än tre gånger mängden vatten som för närvarande strömmar från Amazonfloden.

"Om kiseldioxid som transporteras av inlandssmältvatten har en distinkt isotopsignatur, då omformar detta hur viktiga inlandsisar, och stora deglaciationshändelser, befinner sig i globala biogeokemiska cykler."

Forskare undersökte kiseldioxidkoncentrationer i smältvatten och kiselisotopsignaturen för dessa smältvatten (refererad till som δ30Si, som vi använder som en "markör" för glacial kiseldioxid), tillsammans med en datormodell som använder denna data, och härrör från en marin sedimentkärna utanför Islands kust som visar distinkta förändringar i kiselisotopsammansättningen av svampar under perioder med inlandsis kollaps. De ville bestämma:

• Om glaciala smältvatten har en distinkt kiseldioxidsignal som kan användas för att spåra inflöden i havet
• Om det förekom några förändringar av den isotopiska signalen under loppet av en sommarsmältningsperiod (vilket kan återspegla var kiseldioxiden kommer ifrån en glaciär)
• Att förutsäga inverkan från den senaste istidens snabbt smältande inlandsisar på marina ekosystem

Studien drog slutsatsen att glaciärer och inlandsisar är en underskattad komponent i kiselcykeln, exporterar stora mängder reaktiv kiseldioxid till havet, som skulle kunna användas av kiselalger. Detta kan, säger forskare, har stora konsekvenser för hälsan hos marina kiselhaltiga organismer under perioder av betydande istäcke och snabb deglaciation.

Studien visade att istäcksavrinning har den lättaste kiselisotopsammansättningen som någonsin uppmätts i rinnande vatten - värdena för glaciala smältvatten är mycket lägre än några mätningar av icke-glacial flodavrinning.

Genom att använda dessa data i kombination med en enkel datormodell av havet sedan den senaste istidens maximum (cirka 21, 000 år sedan) förutspår studien att upp till en tredjedel av de observerade förändringarna i kiselisotopsignaturen hos kiselhaltiga organismer kan förklaras av smältningen av de massiva inlandsisarna som vid sin topp täckte upp till 30 procent av landytan, inklusive stora delar av Nordamerika och Europa, inklusive stora delar av Storbritannien.

Den isotopiska sammansättningen hjälper också till att förklara att smältvatten kommer från längre in i inlandsisen när den årliga smältperioden fortskrider, spolvatten som lagrats hundratals meter under isen.

Dr Hawkings tillade:"Våra fynd omarbetar den traditionella synen på betydelsen av inlandsisar i biogeokemiska kretslopp, specifikt av kiseldioxidcykeln.

"Previously the huge quantities of water and sediment delivered from the ice sheets of the last ice age wasn't fully considered as having a significant impact on marine chemistry and biology, but our study points that this is likely an oversight.

"Our interpretation of a number of other isotopic systems, and of changes to biogeochemical cycles since the last glacial maximum therefore likely needs re-evaluating."

There is still a lot of work needed to discover the importance of ice sheets in global nutrient cycles.

The research team will now work to establish if other glaciers carry significant quantities of isotopically distinctive silica to the oceans, by visiting a range of glaciers around Greenland (and further afield) to see if this relationship holds.