Arktisforskarna Jacqueline Grebmeier och Lee Cooper har besökt Bering- och Chukchi-haven utanför Alaska i nästan 30 år, samla in information om den biologiska mångfalden i vattenvärlden under havsisen för att förstå hur marina ekosystem reagerar på miljöförändringar. Det här året, en forskningskryssning under sensäsongen i oktober avslöjade en överraskning. Vid en tid på året när ett isbrytande fartyg vanligtvis krävs för att få dem till några av datainsamlingsposterna, forskare hittade inget annat än öppet vatten och ett ovanligt aktivt ekosystem.

"Vattnet och lufttemperaturen var varmare, och vi hade ekosystemaktivitet som normalt inte inträffar sent på säsongen, " sa professor Jacqueline Grebmeier vid University of Maryland Center for Environmental Science Research, chefsforskare på forskningskryssningen och en nationell och internationell ledare inom arktisk forskning.

Grebmeier och Cooper ingick i ett litet team av forskare från University of Maryland Center for Environmental Science, University of Alaska Fairbanks, och Clark University som genomförde en ovanlig arktisk forskningskryssning i slutet av säsongen på grund av reseutmaningar som orsakas av COVID-19-pandemin. De fann att ett ekosystem - som förväntas gå ner till vinteraktivitet på låg nivå med havsis som bildas - fortfarande är aktivt, troligtvis på grund av onormalt varma havstemperaturer. Havsisbildning var fortfarande ett antal veckor bort.

"2020 visade sig vara den näst lägsta minsta havsisutbredningen, vilket betyder att havsisen drog sig tillbaka närmare nordpolen, ", sa Grebmeier. "Vi hade värmande vatten upp till 3 grader Celsius högre än normalt hela vägen genom vattenpelaren. Det betyder att du inte kan kyla ner det så snabbt för att bygga is."

Och is är viktigt. Det är isen som skapar det verkligt produktiva fjädersystemet för att driva ekosystemet.

"Utan att is bildas får man inte den där isalgproduktionen på våren, vilket är den första träffen av nice, färskt kol som djuren i sedimenten använder för att öka sin tillväxt, " sa hon. "Så vissa områden med öppet vatten kommer att blomma senare under säsongen eftersom det kommer att vara som att öppna en större spelplan och ge mat åt vattenpelardjur som djurplankton, medan andra som var beroende av den isalgproduktionen i de nedersta grunda hyllsedimenten kommer att ha mer begränsad säsongsbetonad mat."

Provtagningen från senhöstsäsongen indikerar att förseningar i havsisbildningen stödjer den biologiska produktionen under sensäsongen som inte har observerats tidigare.

"Biomassan av mikroalger i vattenpelaren var oväntat hög och inte mycket lägre än vad som ofta observeras mitt i sommaren under nästan 24-timmars dagsljus, " sa University of Maryland Center for Environmental Science Research Professor Lee Cooper, som ledde vattenpelarbiologiska och kemiska mätningar.

Grebmeier och Cooper ser också förändringar hos dessa bottendjur. Musslorna och maskarna som lever på botten av Arktis och är en viktig födokälla för allt från bottenmatande fiskar till valrossar och dykande sjöänder.

"Vi ser nedgångar i biomassan i många områden så det finns inte så mycket mat på havsbotten som det brukade vara, vilket betyder mindre mat tillgänglig för saker som vi traditionellt tänker på som arktiska djur, " sa Cooper. "Ekosystemet förändras."

"Det är ungefär som att du tog en ballong och du klämde den, och den södra delen av den blir mindre och den norra delen blir större. Det finns en sammandragning av dessa rika arktiska feta bottendjur från söder till högre mängder i norr, sa Grebmeier.

Forskarna gör vanligtvis sina årliga observationer juli-september, men covid-19-pandemin resulterade i förseningar och förde deras kryssning in i oktober för första gången. Att upprätthålla kontinuiteten i långsiktiga observationer är avgörande eftersom regionen påverkas av klimatförändringar.

"Vi har arbetat där uppe i nästan 30 år årligen. Det här skulle ha varit en lucka i mätningarna, och detta var ett kritiskt år med tanke på den låga isutbredningen, " sa Cooper. "Vi gjorde hela sviten av provtagningar vi gör i observationsprogram, vi gjorde det i oktober."

Forskningsfartyget Norseman II bar forskarna för den tre veckor långa forskningskryssningen. Före kryssningen, vetenskapsteamet genomförde en COVID-19-karantän i Anchorage, inklusive flera tester, innan de flyger till Nome och överförs direkt till fartyget för att undvika potentiell virusexponering för invånare i Beringssundsregionen. De enskilda deltagande universiteten hade sina egna stränga krav och testprotokoll innan de godkände resor.

Teamet stannade till vid flera etablerade observationsstationer där forskare kan övervaka allt från temperaturen och salthalten i vattnet och mängden djurplankton (fiskmat) som simmar runt till skadliga algblomningar av växtplankton och djur som lever i sedimentet. Målet är att observera och dokumentera hur de arktiska varelserna reagerar på klimatförändringar och spåra dessa ekosystemförändringar under ytterligare förlust av havsis.

The Distributed Biological Observatory (DBO) är en serie standardstationer som säsongsmässigt ockuperas av nationella och internationella fartyg och förtöjningsplatser som tar kontinuerliga fysiska, kemiska och biologiska mätningar i USA:s arktiska vatten för att dokumentera hur biologiska system förändras och/eller anpassar sig till följd av miljöförändringar. Grebmeier ledde ett internationellt team av forskare för att etablera DBO i det nordamerikanska Arktis.

Observationsnätverket för den arktiska marina biologiska mångfalden, ledd av Katrin Iken vid University of Alaska Fairbanks College of Fisheries and Ocean Sciences, är en del av ett nationellt nätverk som studerar hur biologisk mångfald och artutbredning förändras till följd av klimatförändringar i USA:s Arktis.

Forskarna besökte också Chukchi Ecosystem Observatory, en uppsättning höginstrumenterade oceanografiska förtöjningar som övervakar ekosystemet året runt.

"Detta var en riktigt givande ansträngning som lönade sig att göra biologiska data tillgängliga från en del av året där det har gjorts historiskt få observationer, sa Grebmeier.

Proverna som erhölls och fördes tillbaka till hemlaboratorier i Maryland, Washington state, och Alaska kommer att stödja flera långsiktiga projekt. Forskarna kunde också samla in prover för andra som inte kunde åka på kryssningen på grund av COVID-rese- och forskningsrestriktioner.