På bilden är en glacial smältvattenflod som runnit ut från Grönlands isark. Dessa floder innehåller stora mängder suspenderat ismjöl då inlandsisen fungerar som en naturlig bulldozer och ger floderna en grå mjölkaktig färg. Foto med tillstånd av Jon Hawkings. Upphovsman:Jon Hawkings
Forskare som undersöker subglacialvatten både från Antarktis och Grönland fann att dessa vatten har högre koncentrationer av viktiga, livsuppehållande element än tidigare trott, besvara ett stort okänt för forskare som vill förstå jordens geokemiska processer.
"Data från en Antarktis sjö är särskilt spännande, "sa Florida State University postdoktor Jon Hawkings." De flesta tenderar att tänka på Antarktis som bara is, men vi har känt till dessa sjöar under glaciärerna i Antarktis i 40 år och över 400 av dem har för närvarande identifierats. Vissa forskare kallar subglacialmiljön i Antarktis som världens största våtmark. Utmaningen för forskare är att det är extremt svårt att prova dem. "
Hökningar, tillsammans med kollegor vid Florida State och Montana State University, har publicerat en ny studie den här veckan i Förfaranden från National Academy of Sciences utforska dessa subglaciala vatten.
Studien undersöker specifikt det flytande vattnet under isskikten i Antarktis och Grönland. Ungefär 10 procent av jordens markyta är täckt av dessa isark, och dessa polära miljöer genomgår snabba förändringar till följd av stigande temperaturer. Forskare är mycket intresserade av att förstå dessa miljöer och hur fortsatt uppvärmning kommer att påverka kritiska geokemiska processer in i framtiden.
Hawkings analyserade vattenproverna med fokus på vad som kallas spårämnen - kemiska element som finns i extremt små mängder men som är avgörande för mikroskopiska organismer och därmed den globala kolkretsen. Forskare trodde i åratal att vattnet under glaciärer över hela världen innehöll dessa element i så små mängder att de inte spelade någon betydande roll i jordens geokemiska och biologiska processer.
Forskare med utsikt över den stora vidden av Leverett Glacier, en utloppsglaciär på Grönlands isark. Inlandsisen täcker tio procent av den globala markytan. Långt ifrån att vara extremt kallt, sterila platser, de nyligen publicerade resultaten indikerar att de kan vara en viktigare del av globala elementära cykler än tidigare uppskattat. Upphovsman:Jon Hawkings
"Det vi hittade är faktiskt att inlandsisar till synes är viktigare för livsprocesser än vi ursprungligen trodde, "sade FSU docent i jorden, Ocean and Atmospheric Science Robert Spencer. "Som stora okända i vår samtida förståelse av hur vår planet fungerar avslöjas, det påminner oss om hur mycket som återstår att lära sig. "
Till exempel, forskare förväntade sig att se mindre än 5 mikrogram per liter upplöst järn (ett extremt viktigt spårelement) i några av dessa subglaciala vatten, men de såg upp till 1, 000 mikrogram per liter. Dessa stora variationer kan göra en stor skillnad i hur mycket liv som kan upprätthållas i extrema subglaciala ekosystem och i havsvattnen som tar emot ismältvatten.
"Dessa spårämnen är ungefär som vitamintabletterna människor tar varje dag, "Spencer sa." Även om vi bara behöver små mängder av dessa material, de är grundläggande för utvecklingen av friska ekosystem. "
Att samla subglacialvatten för analys är dock ingen lätt grej, särskilt i Antarktis. Forskare måste arbeta i avlägsna och hårda miljöer.
Utsikt ner mot ett ultrarent borrhål med varmt vatten som borrats i Mercer Subglacial Lake, en sötvattensjö som ligger mer än 1000 meter under Antarktis isark. Sjön är hydrologiskt aktiv, vilket betyder att vatten rinner genom det till kusten, ungefär som sjöar på land. Smältvatten från denna sjö är mycket berikat med biologiskt viktiga spårämnen som järn. Upphovsman:Katryn Kasic, Montana State University
Hawkings och Spencers samarbetspartners från Montana State University, Professorerna John Priscu och Mark Skidmore, organiserade en logistiskt komplicerad forskningsexpedition till Antarktis för att borra mer än 3, 500 fot genom Antarktis isark.
Efter att ha fått finansiering från National Science Foundation 2016 för projektet SALSA (Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access), Priscu ledde en fältkampanj som innebar att flytta nästan 1 miljon pund redskap med flygplan och traktor genom isen till fältet.
Sedan, från december 2018 till och med januari 2019, SALSA -projektet Science Team borrade genom cirka tre kvarts mil is i Mercer Subglacial Lake, en sjö som är mer än 9 kilometer lång och 15 meter djup. De valde just den sjön eftersom den låg där två isströmmar möts.
"Vi var intresserade av det fysiska, kemiska och biologiska processer som förekommer i den specifika sjön, men då finns det också detta bredare sammanhang där dessa sjöar är en del av det större hydrologiska systemet under isen, "Skidmore sa." Vi vill se vad som genereras under isen och hur det ansluter sig till kustmiljöerna. "
Skidmore tog prover enligt ett protokoll som Hawkings lade ut och skickade sedan tillbaka dem till USA via en temperaturstyrd lastbåt, tar flera månader, och sedan vidarebefordrad till Tallahassee via nattleverans i speciella kylare för att hålla provtemperaturerna stabila.
Hawkings och kollegor samlade separat prover i Grönland från en stor smältvattenflod som dök upp under Leverett Glacier. Fältarbetet, ledd av Jemma Wadham vid University of Bristol i Storbritannien, involverade övervakning av flodens hydrologiska och geokemiska egenskaper under en tremånadersperiod under sommarsmältsäsongen.
Hawkings och Spencer genomförde sedan geokemisk analys i specialdesignade laboratorier vid FSU-huvudkontoret National High Magnetic Field Laboratory som minimerar damm eller andra miljöfaktorer som potentiellt skulle förorena proverna.
Forskarna sa att deras samarbetsresurser och tvärvetenskapliga tillvägagångssätt i slutändan resulterade i en studie som kommer att föra deras område framåt.
"Upptäckter görs i skärningspunkten mellan discipliner, "Sa Priscu." PNAS papper skär många discipliner och visar kraften i internationellt samarbete. Resultaten i det här manuskriptet har förändrat vår syn på hur polarisar påverkar jordsystemet. "
