Ny forskning från University of Delaware doktorand Zhangxian Ouyang och oceanograf Wei-Jun Cai, och ett internationellt team av forskare, visar att snabb uppvärmning och havsisförlust har orsakat stora förändringar i västra Ishavet.

Forskargruppens resultat - publicerade på måndag, 15 juni in Naturens klimatförändringar —visa att Ishavets förmåga att ta bort koldioxid från atmosfären kan variera mycket beroende på plats.

Havsisförlusten i Arktis är en kritisk konsekvens av klimatförändringarna. När havsisen fortsätter att smälta i västra Ishavet, mer färskvatten kommer in i den övre delen av vattnet i Kanadabassängen, som ligger utanför Alaskas och Kanadas kust, söder om Chukchi-hyllan.

Denna sommarsmältcykel förvärrar säsongsmässiga förändringar och ökar mängden koldioxid som finns i vattnets översta lager, som omfattar de övre 70 fot av vattenpelaren. Detta minskar bassängens kapacitet att ta bort koldioxid från atmosfären.

rådande tanke, baserat på datamätningar från under isen och i nyligen smälta havsmarginalområden under 1990-talet och början av 2000-talet, hade föreslagit att när isen smälte skulle det tillåta Ishavet att dra ut stora mängder koldioxid ur atmosfären, fungerar som en kolsänka och hjälper till att minska växthusgaser. Dock, detta kanske inte är fallet på alla ställen, särskilt i Kanadabassängen där sommarisen har avancerat till den djupa bassängen sedan 2007.

Forskargruppens senaste rön är baserade på en analys av över 20 års globala datauppsättningar som samlats in mellan 1994-2017 av forskare över hela USA, Kina, Japan och Kanada. De ger en mer exakt skildring av vad som händer i denna region och bygger på Cais tidigare arbete från 2010, som indikerade att koldioxidnivåerna vid havsytan ökar snabbt och oväntat mot nivåer som finns i atmosfären i nyligen isfria arktiska oceanbassänger.

Till exempel, forskargruppens arbete visade att när isen bryts upp och smälter i Kanadabassängen, detta smältvatten ligger ovanpå havsytan, skapa en sorts "filt" som hämmar havets förmåga att absorbera koldioxid från atmosfären till djuphavet och lagra den där. Cais team hänvisar till detta fenomen som en "ny normal" som skapas av extrem säsongsbetonad uppvärmning och smältvatten i regionen.

"När koldioxid ackumuleras i vattnets ytskikt från smältande is, mängden koldioxid som detta område av Ishavet kan ta från atmosfären kommer att fortsätta att krympa, sa Cai, Mary A.S. Lighthipe professor vid College of Earth, Hav och miljö. "Vi förutspår till 2030, Canada Basins förmåga att fungera som kolsänka kommer att vara väldigt minimal."

Dessutom, denna snabba ökning av koldioxidhalten i bassängen kan snabbt ha försurat ytvattnet, en process som kan äventyra marina förkalkande organismer och störa ekosystemens funktion där.

I skarp kontrast, längre söderut i det grunda Chukchihavet, mängden koldioxid i vattnets översta lager är fortfarande mycket låg, mycket lägre än vad som finns i atmosfären. Detta innebär att när luft passerar över vattenytan, havet kan snabbare ta upp koldioxid från luften.

Forskarna antyder att denna skillnad är resultatet av hög biologisk produktion i Chukchihavet på grund av att rika näringsämnen transporteras dit på strömmar som kommer från Stilla havet sedan Beringssundet har öppnats på grund av tidigare isförlust. Dessa näringsämnen möjliggör riklig tillväxt av växtplankton och andra marina organismer som utgör basen i det marina näringsnätet och föder det bredare ekosystemet. Växtplankton förbrukar också koldioxid löst i vattnet under fotosyntesen, så att mer koldioxid kan tas från den omgivande atmosfären.

Forskargruppen misstänker att Chukchihavet kommer att bli en större kolsänka i framtiden och påverka djuphavets kolcykel och ekosystem, medan Kanadabassängen sannolikt kommer att förbli mindre eftersom havsisen i regionen fortsätter att smälta och förändra vattnets kemi.

Enligt Lisa Robbins, en pensionerad senior vetenskapsman vid United States Geological Survey (USGS) och en medförfattare på tidningen, dessa förändringar kan få viktiga konsekvenser för organismer i Arktis. Till exempel, Arktisk torsk är ett viktigt fiske i västra Arktis som bidrar till regionens övergripande ekonomi och har en viktig roll i det marina näringsnätet som födokälla för andra organismer, såsom vitvalar och vikare. Biologer har noterat att när temperaturen och havsissmältningen har ökat, Atlanttorsken svarar med att flytta längre norrut. Att förändra vattenkemin kan också spela en roll, sa Robbins, som ledde tre expeditioner för att studera regionens vattenkemi i Arktis ombord på United States Icebreaker R/V Healy medan han var med USGS.

Långsiktiga datamängder, som de som används i denna studie, är nyckeln till att förstå och förutsäga framtida förändringar i Arktis.

"Mängden insikt vi får från dessa datamängder om hur vårt jordhav fungerar är enorm. Om forskarna inte hade samlat in data 1994, vi skulle inte ha en plats att börja och jämföra med, sa Robbins, nu en artighetsprofessor vid College of Marine Science vid University of South Florida.

En artikel från 2019 i tidskriften Wired fann att i norra Kanada nära Grönland, glacialt smältvatten verkar hjälpa vattendelare att absorbera koldioxid från atmosfären. Även om den ensam inte kan uppväga mängden koldioxid i atmosfären på grund av koldioxidutsläpp, det är en viktig illustration att förändringarna inte är enhetliga och att de efterföljande effekterna – positiva och negativa – är resultatet av en komplex kombination av flera olika drivkrafter. Ytterligare forskning och fler internationella samarbeten kan hjälpa till att svara på utmanande obesvarade frågor.

När havsisförlusten accelererar, forskarna förväntar sig att dessa säsongsvariationer kommer att göra att havsvattnet i Kanadabassängen har höga halter av koldioxid och blir allt surare. Detta kommer att ytterligare minska bassängens förmåga att ta upp koldioxid från atmosfären och potentiellt minska dess förmåga att mildra klimatförändringarna.

Även om detta problem kan verka väldigt långt borta från Delaware, det är viktigt att komma ihåg att havet är ett globalt system med cirkulationsströmmar som transporterar vatten runt om i världen, även till Atlanten på östkusten. Och växthusgaser är en global fråga.

Att förstå hur fundamentalt viktig issmältning är för att driva karbonatkemin och säsongsmässiga förändringar i koldioxid i denna region av Ishavet kommer att bidra till att främja vetenskapen på detta område, kanske inte direkt men på lång sikt, sa Cai.

"Vi försöker förstå processerna i arbetet och om Ishavet kommer att fortsätta att vara en stor kolsänka, samtidigt som de tillhandahåller data som kan hjälpa jordsystemmodellerare att förutsäga globala förändringar i kolcykeln, och havets biologi och vattenkemi, " sa Cai.