Ny forskning ledd av forskare från University of Bristol har avslöjat nya insikter om hur de mikroskopiska algerna som frodas längs kanten av Grönlandsisen orsakar utbredd mörkning.

Denna mörkare är ytterst viktig eftersom mörkare is absorberar mer solljusenergi och smälter snabbare, påskynda den totala avsmältningen av isen, som är den enskilt största bidragsgivaren till globala havsnivåhöjningar.

Extremofila mikroskopiska alger, eller så kallade "glaciäralger", kan leva i de övre centimeterna av is på ytorna av glaciärer och inlandsisar och kan bilda utbredda blomningar under sommarens smältperiod.

Glaciäralgblomningen på Grönlands inlandsis är så omfattande att deras närvaro i ytisen anses vara ansvarig för utbredd mörkning längs den västra kanten av inlandsisen, känd som den "mörka zonen" som har dykt upp i satellitobservationer under de senaste två decennierna .

Kopplingen mellan mörkare inlandsis och glaciäralgblomning hade redan stötts av modellering och fältobservationer, men det är fortfarande okänt exakt hur eller varför algerna orsakar utbredd mörkning.

Med hjälp av detaljerade fältobservationer, provtagning, experiment och modellering, det Bristol-ledda laget, som en del av det NERC-finansierade Black and Bloom-projektet, har visat hur glaciäralger reglerar energi i sina celler för att balansera deras behov av fotosyntes och tillväxt med den extrema ljus- och temperaturmiljön på Grönlands inlandsis och hur de är optimerade för att mörkna och smälta isen.

Studien, publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences , avslöjar hur glaciäralger producerar ett unikt fenoliskt "solskydds"-pigment med 11 gånger cellinnehållet av klorofyll-a (normalt det vanligaste pigmentet i gröna mikroalger).

Detta fenoliska pigment tjänar till att fånga och absorbera det mesta av det intensiva solljus som algerna får där de lever på inlandsisens yta, skyddar algernas kloroplaster, som finns under vakuoler fyllda med detta pigment, från överdriven UV och synlig strålning.

Energin som absorberas av detta solskyddspigment är därefter tillgänglig för cellen som värme för smältgenerering - en otroligt smart mekanism för alger som lever i en isig värld, där tillgång till flytande vatten är en stor begränsning för tillväxt och överlevnad.

Denna pigmentering skyddar celler från överdrivet solljus, men utnyttjar också energin för smältalstring proximalt till cellen, ger tillgång till flytande vatten och lösta näringsämnen som är avgörande för livet.

Tyvärr, denna tunga pigmentproduktion är också en av anledningarna till att Grönlands isark mörknar så kraftigt under sommarsmältsäsonger, när glaciäralger når blomningar (cirka 10, 000 celler per milliliter smältvatten) i ytis, driver en ungefärlig tioprocentig ökning av ytsmältan.

Studiens huvudförfattare, Dr. Chris Williamson från University of Bristols Bristol Glaciology Center och School of Geographical Sciences, sa:"Permanent kalla ekosystem utgör mer än 70 procent av jordens biosfär, även om vi vet väldigt lite om de mikroorganismer som kan trivas i dessa extrema miljöer.

"Vårt arbete har gett ny insikt i ekologin och fysiologin hos extremofila mikroalger som lever på ytan av glaciärer och inlandsisar, demonstrerar hur livet kan frodas i dessa extrema isiga miljöer.

"Detta arbete har betydande tillämpningar för studier av massbalansen (smälta kontra tillväxt) av glaciär- och inlandsissystem, som tillåter inkorporering av sådana "biologiska albedo"-effekter i beräkningar av inlandsisens ytreflektans (mörkning) och smälta."

Efter att ha kvantifierat hela uppsättningen av pigment som produceras av glaciäralger och modellerat deras tillväxt på ytan av Grönlands inlandsis, teamets nästa steg är att införliva alla dessa "biologiska effekter" i större modeller av Grönlands inlandsismassbalans för att förutsäga deras övergripande bidrag till inlandsisens smältning och den globala havsnivåhöjningen.