En ny studie har belyst den avgörande roll som havsisen över södra oceanen spelade för att kontrollera atmosfärens koldioxidnivåer under tider av tidigare klimatförändringar, och skulle kunna utgöra en kritisk resurs för att utveckla framtida klimatförändringsmodeller.

För studien ett internationellt team av forskare, ledd av Keele University och inklusive experter från University of Exeter, visat att säsongsbetonad tillväxt och förstörelse av havsis i en värmande värld ökar mängden marint liv som finns i havet runt Antarktis, som drar ner kol från atmosfären och lagrar det i djuphavet.

Efter att ha fångat hälften av allt mänskligt relaterat kol som hittills har kommit in i havet, södra oceanen runt Antarktis är avgörande för att reglera koldioxidnivåer till följd av mänsklig aktivitet, så att förstå de processer som avgör dess effektivitet som kolsänka genom tiden är avgörande för att minska osäkerheten i framtida modeller för klimatförändringar.

För att förstå denna process ytterligare, forskarna studerade data som rör en period där atmosfärisk CO ₂ nivåerna förändrades snabbt.

Detta inträffade efter den senaste istiden, runt 18, 000 år sedan, när världen övergick naturligt till den varma interglaciala värld vi lever i idag.

Under denna period, CO ₂ steg snabbt från cirka 190 ppm till 280 ppm över cirka 7, 000 år, men särskilt en period sticker ut; a 1, 900-årsperiod där CO ₂ nivåerna låg på en nästan konstant nivå av 240 ppm.

Orsaken till denna platå, som inträffade runt 14, 600 år sedan, är okänd, men att förstå vad som hände under denna period kan vara avgörande för att förbättra klimatförändringsprognoserna.

Professor John Love, från Exeters biovetenskapsavdelning och medförfattare till studien sa:"Min forskargrupp och jag är mycket glada över att vara en del av denna viktiga undersökning. Vi utvecklade nya tekniker inom cellbiologi för att hitta, samla och analysera de sällsynta och mycket små partiklarna och cellerna som hade frusit i isen i årtusenden.

"Som flugor i bärnsten, dessa små fragment ger oss ett unikt fönster till tidigare händelser, gör det möjligt för våra kollegor på jorden, Atmosfärs- och havsvetenskaper för att utveckla en bättre förståelse av klimatförändringar då, och nu."

Huvudförfattaren professor Chris Fogwill, Direktör för Keele Universitys Institute for Sustainable Futures sa:"Orsaken till denna långa platå i global atmosfärisk CO ₂ nivåer kan vara grundläggande för att förstå södra oceanens potential att moderera atmosfärisk CO ₂ ."

För att lösa denna fråga, forskare reste till Patriot Hills Blue Ice Area i Antarktis för att utveckla nya registreringar av bevis på marint liv som fångas i iskärnor, med stöd från Antarctic Logistics and Expeditions (ALE).

Blåisområden är det perfekta laboratoriet för antarktiska forskare på grund av deras unika topografi. Skapad av hård, katabatiska vindar med hög densitet, det övre lagret av snö eroderas effektivt, exponerar isen nedanför. Som ett resultat, is flyter upp till ytan, ger tillgång till forntida is nedanför.

Professor Chris Turney, en gäststipendiat vid Keele's Institute for Liberal Arts and Sciences från UNSW Sydney sa:"Istället för att borra kilometer in i isen, vi kan helt enkelt gå över ett blåisområde och resa tillbaka genom tiden.

"Detta ger möjlighet att prova stora mängder is för att studera tidigare miljöförändringar i detalj. Organiska biomarkörer och DNA från södra oceanen blåser ut på Antarktis och bevaras i isen, ger ett unikt rekord i en region där vi har få vetenskapliga observationer."

Using this approach the team discovered that there was a marked increase in the number and diversity of marine organisms present across the 1, 900 year period when the CO ₂ plateaued, an observation which had never been recorded before.

This provides the first recorded evidence of increased biological productivity and suggests that processes in the high latitude Southern Ocean may have caused the CO ₂ plateau. Dock, the driver of this marked change remained unknown, and the researchers used climate modeling to better understand the changes in the Southern Ocean to understand the potential cause.

This modeling revealed that the plateau period coincided with the greatest seasonal changes in sea ice during a pronounced cold phase across the Southern Ocean known as the Antarctic Cold Reversal. During this period, sea ice grew extensively across the Southern Ocean, but as the world was warming rapidly, each year the sea ice would be rapidly destroyed during the summer.

The researchers will now use these findings to underpin the development of future climate change models. The inclusion of sea ice processes that control climate-carbon feedbacks in a new generation of models will be crucial for reducing uncertainties surrounding climate projections and will help society adapt to future warming.

Studien publiceras i Naturgeovetenskap .