Ny forskning av ett internationellt team, involverar University of Cape Town (UCT), undersökte hur en framtid, varmare Arktis kan påverka algerna som lever i havsisen – och utgöra basen för det marina näringsnätet där. Att göra detta, teamet använde modellering för att förutsäga hur tillväxten av havsis-alger kan förändras som vårt klimat gör.

Deras resultat visar att effekten av minskningar av havsis på havsisalger – och resten av näringsväven – i Arktis sannolikt kommer att vara drastisk och komplex i hela regionen.

Livet inne på isen

Växtplankton är små alger som flyter i haven. Som växter, de är primära producenter som utgör basen för livsmedelsbanan och kan omvandla koldioxid till syre. Även om det är mikroskopiskt, de är avgörande för livet i haven.

Havsis-alger - eller sympagiska alger - är växtplankton som lever inuti havsisen. Som växtplankton, de kan fotosyntesera. Till skillnad från växtplankton, de lever i det begränsade, små utrymmen som tillhandahålls av kanaler och fickor av saltlake i havsisen - snarare än öppet vatten.

I Arktis, Havsisalger spelar en viktig roll för att stödja näringsväven under tider på året när ljuset är lågt och det fortfarande är istäcke.

"Det korta och tätt sammankopplade arktiska näringsnätet är starkt beroende av havsisalger som källa till organiskt material. Hur mycket är inte helt känt, " förklarar docent Marcello Vichi från UCT Department of Oceanography som var medförfattare till studien. "Ekologer har olika hypoteser om vad som skulle hända med näringsväven i ett värmande Arktis."

Det är komplicerat

Vichi och hans kollegor – Dr. Letizia Tedesco, en senior forskare från Finlands miljöinstituts Havsforskningscentrum, och Enrico Scoccimarro, en senior forskare vid Euro-Mediterranean Centre on Climate Change i Bologna, Italien – syftade till att bidra till denna kunskapslucka med hjälp av modeller för att undersöka hur minskningar av havsis i Arktis kan påverka havsisalger.

Att göra detta, de kombinerade en modell av havsis-algertillväxt med klimatmodeller som härrörde från ett "business-as-usual" klimatförändringsscenario. Matematiska modeller är viktiga för att förstå förändringar som sker i det arktiska ekosystemet – innan vi får ont om tid.

"Med tanke på den praktiska komplexiteten i att samla in data om detta dolda ekosystem i isen, det finns begränsad information om rumsliga fördelningar och säsongsbeteende, ", säger Vichi. "Vi har inga metoder som tillåter oss att samla in data om havsis alger ekosystem från rymden – som vi har för växtplankton i havet, till exempel.

Det enda sättet att mäta alger i is är att manuellt borra hål och utvinna kärnor. Tänk på att göra det för hela Arktis för varje säsong med havsis!

"För att samla in tillräckligt med data för att fullständigt validera våra modellresultat, vi skulle förmodligen behöva 20 till 30 år, och vi har inte så mycket tid. Vi måste agera innan det och fatta beslut under osäkra förhållanden."

Mindre is, mer alger?

Klimatmodellerna projicerade liknande uttunning av snö och havsis och förkortning av issäsongen på alla breddgrader i framtidens Arktis. Svaret från havsisalgerna var mer komplext och varierade från norr till söder över regionen.

Längst från polen, modellen förutspådde att uttunningen av snötäcket skulle bli så uttalad att havsisalgerna skulle blomma mycket tidigt – på grund av ljusökningen. Detta skulle innebära mer algertillväxt, men det kraftigt minskade området av havsis skulle begränsa dess ackumulering.

Närmare polen, modellen visade små förändringar i tillväxt och ackumulering av havsis-alger trots den mycket tidigare debuten av algblomningen. Detta beror också på att issmältningen började tidigare, vilket minskar längden på algernas växtsäsong.

Och i regionen närmast polen, modellen förutspådde att tidpunkten för blomningen skulle skifta från höst till sommar – en mer ljus gynnsam tid på året – vilket orsakade den största ökningen av primärproduktionen.

Övergripande, deras modell föreslog en 52% ökning av primärproduktionen av havsis alger i Arktis under detta århundrade.

Från producenter till rovdjur

De olika svaren från havsisalger visar att klimatförändringarnas inverkan på primärproduktionen i regionen sannolikt kommer att vara komplex – liksom den kaskadeffekten på resten av näringsväven, från fiskar till valar, tätningar till isbjörnar.

"Även om modellerna är ofullkomliga - vilket de är per definition! - och en svag approximation av komplexiteten i biologiska processer, de ger oss fortfarande möjligheten att jämföra scenarier och utöka fältekologernas konceptuella förutsägelser, säger Vichi.

Havsisstudier vid UCT

Erkänner den avgörande roll som havet och havsisen har i världens klimat, UCT-forskare från olika avdelningar arbetar tillsammans för att dra fördel av vår position vid kanten av södra oceanen och nära Antarktis för att studera isen där. Antarktis havsis genomgår den största säsongsbetonade iscykeln på jorden och kan ge "en förstärkt version av hur Arktis kan se ut i slutet av seklet, " förklarar Vichi.

"Vi utvecklar ett forskarlag för havsisstudier som sammanför modelleringsexpertisen med fältarbetet, speciellt att verka i en avlägsen och hård miljö som södra oceanen."

Forskare vid institutionerna för oceanografi och kemi, civil- och elektroteknik har slagit sig samman under Marine Research (Ma-Re) Institute, som Vichi är chef för.

"Vi hoppas att det i framtiden - för första gången - kommer att ske en överföring av kunskap från söder till norr inom ett område som traditionellt domineras av det globala norr."