Från att samla in fältprover i havets frusna ispack till att analysera satellitbilder i bekvämligheten av sitt Stanford-kontor, Kevin Arrigo har försökt ta reda på hur världens snabbt tunnade is påverkar polära näringskedjor. Arrigo, en professor i jordsystemvetenskap vid Stanford School of Earth, Energi- och miljövetenskap, fann att även om smältande is hotar att förstärka miljöfrågor globalt, Inlandsisens reträtt kan ge välbehövlig mat i lokala ekosystem.

Genom detta arbete, Arrigo upptäckte att förtunning av is vid polerna kan lindra polära matöknar genom att förlänga växtplanktonblomningen. Dock, silvret i samband med smältande is kan inte kompensera för överhängande hot, som stigande havsnivåer, i samband med okontrollerad glacial krympning.

Arrigo, som också är Donald och Donald M. Steel professor i geovetenskaper, pratade med Stanford Report om hans arbete med polära växtplanktonblomningar och diskuterade om de senaste nyheterna om havsis som bryts upp tyder på att vi har nått en tipppunkt.

Vad har du lärt dig om hur glacial smälta påverkar näringskedjorna i polernas extrema miljöer?

Det visar sig att när glaciärer bildas, de samlar partiklar och damm som innehåller viktiga näringsämnen som järn, som allt levande är beroende av för att överleva. När glaciärerna smälter, de tillför näringsämnen till havet och befruktar det lokala ekosystemet. På Grönland och Antarktis, havet är ont om järn, så smältande glaciärer kompenserar för bristen på järn.

Fotosyntetiserande växtplankton är basen i näringsväven i havet och kräver mycket ljus och näringsämnen för att växa. Eftersom det finns begränsat med järn tillgängligt för dessa syretillverkningsanläggningar vid polerna, järninsatser från smältande glaciärer gör att växtplanktonet kan växa snabbare och snabbare. Vi kallar denna massiva växtplanktonpopulation för en algblomning och har funnit att dessa blomningar dramatiskt ökar mängden mat som är tillgänglig för djur i dessa områden. Mer mat betyder mer tillväxt, vilket driver upp produktiviteten i regionen och skapar biologiska hotspots där de största koncentrationerna av sjöfåglar, sälar och valar samlas.

Du studerar också de växtplanktonblomningar som sker nära polynyor – sträckor av öppet hav omgivna av is – som du har beskrivit som Antarktis vattenhål. Vad menar du med det?

Polynyas är riktigt snygga. Polynyas är helt enkelt områden med öppet vatten omgivna av is, och i allmänhet platser du förväntar dig att hitta is men du inte. Vi hittar dem runt Antarktis kust, och den dominerande anledningen till att de bildas är när riktigt kall luft kommer flygande längs sidorna av den antarktiska inlandsisen, de blåser in i kustområdet utanför kusten och blåser bort isen. På våren när solen går upp, växtplanktonet i polynyor växer snabbare än någon annanstans i området. Polynyor tenderar att vara ekologiska oaser som är oproportionerligt viktiga för sin storlek, där djur samlas i stora kolonier för att dra nytta av det mycket produktiva och näringsrika vattnet.

Det låter som att din forskning visar en uppsida med smältande glaciärer. Är det sant?

På platser där det fortfarande råder sådan brist på järn, smältande glaciärer kommer att fortsätta att stimulera produktionen genom att tillhandahålla mat till ett brett spektrum av djur under många år framöver. Också, eftersom växtplankton drar ut CO2 ur atmosfären, dessa blommor hjälper till att kyla planeten, som bromsar smältningen av glaciärer.

Dock, inget av detta motverkar de negativa effekterna av smältande is, som höjning av havsnivån eller förlust av kritisk livsmiljö, eftersom det är en liten effekt som kommer att översvämmas av praktiskt taget allt vi gör när det gäller förbränning av fossila bränslen.

Så om det dåliga överväger det goda när det gäller issmältning, hur kan vi bromsa processen med glacial reträtt?

Det självklara är att minska utsläppen av växthusgaser och få ner CO2-koncentrationerna i atmosfären så att den slutar värmas så snabbt. Arktis värms upp så snabbt som det är eftersom det finns en återkoppling som sker mellan solljus som kommer in och jorden reflekterar solljuset tillbaka, kallad is-albedo-feedback. En av anledningarna till att Arktis och södra oceanen är så kalla är för att de är isiga och reflekterar mycket av värmen de får tillbaka ut i rymden.

Det som händer nu är för att vi smälter mer is, vi reflekterar mycket mindre av solljuset tillbaka till rymden och havet absorberar värme snarare än reflekterar den. Så Arktis värms upp med dubbelt så hög hastighet som resten av jorden eftersom det normalt har denna is för att reflektera värmen tillbaka till rymden.

Det är nästan som ett Ponzi-schema. Ett tag kan du fortsätta betala dessa initiala investerare, eller i detta fall förhindra att isen smälter, men så småningom börjar de nya investerarna att torka ut och det finns helt enkelt inte tillräckligt med pengar – eller is – längre för att upprätthålla verksamheten. Det är samma sak. Is-albedo-feedbacken är på den här banan där man kommer till den punkt att det finns så lite is i Arktis att den inte har den kylande effekt som den brukade ha och den värms bara upp.

Med tanke på de senaste nyheterna om att Arktis tjockaste havsis bröts isär i förtid, tror du att vi närmar oss en vändpunkt när det gäller snabbt försvinnande is?

Vi kanske är vid vändpunkten nu, och ur ett havsnivåhöjningsperspektiv oroar det mig verkligen. Det talas om potentialen för katastrofal kollaps i det västra Antarktiska istäcket – det verkar smälta snabbare och snabbare än vi fortsätter att förutsäga att det kommer att smälta. Det är verkligen ett bekymmer.

Vad gör du för att mildra effekterna av försvinnande is vid polerna?

We're currently working on a project with the Center for Ocean Solutions to see what are the likely outcomes of melting ice, and the associated increased exploitation of resources, in the Arctic now that it's becoming more accessible. So what are the likely impacts – or at least what are the possible impacts – of increased shipping, increased oil exploration, combined with increased melting of ice, increased ocean acidification, and how will that affect the ecosystems in the Arctic?

We are interested in the implications rapidly melting ice has on the populations that live there, that rely on those resources for food every day. What's it going do for bowhead whaling and the salmon fisheries? We want to apply natural capital risk-assessment models to the Arctic that will allow us to identify places that are most at-risk and try to do some assessments by looking at multiple stressors on the Arctic to see if there are leverage points in the system where we can actually make a difference.