Havsis är en kritisk indikator på förändringar i jordens klimat. En ny upptäckt av Brown University-forskare kan ge forskare ett nytt sätt att rekonstruera information om havsis överflöd och distribution från det gamla förflutna, som skulle kunna hjälpa till att förstå mänskligt inducerade klimatförändringar som sker nu.

I en studie publicerad i Naturkommunikation , forskarna visar att en organisk molekyl som ofta finns i havssediment på hög latitud, känd som tetra-omättad alkenon (C37:4), produceras av en eller flera tidigare okända arter av islevande alger. När havsiskoncentrationen ebbar ut och flyter, det gör algerna som är förknippade med det, såväl som molekylerna de lämnar efter sig.

"Vi har visat att den här molekylen är en stark proxy för havsiskoncentration, sa Karen Wang, en Ph.D. student vid Brown och huvudförfattare till forskningen. "Att titta på koncentrationen av denna molekyl i sediment av olika åldrar kan tillåta oss att rekonstruera havsis koncentration genom tiden."

Andra typer av alkenonmolekyler har använts i åratal som indikatorer för havsytans temperatur. Vid olika temperaturer, alger som lever på havsytan bildar olika mängder alkenoner som kallas C37:2 och C37:3. Forskare kan använda förhållandet mellan de två molekylerna som finns i havssediment för att uppskatta tidigare temperaturer. C37:4 – fokus för denna nya studie – hade länge ansetts vara ett problem för temperaturmätningar. Den dyker upp i sediment tagna från närmare Arktis, kastar bort förhållandet C37:2/C37:3.

"Det var mestadels vad C37:4-alkenonen var känd för - att ta bort temperaturförhållandena, sa Yongsong Huang, huvudutredare för det National Science Foundation-finansierade projektet och professor vid Browns Department of Earth, Miljö- och planetvetenskap. "Ingen visste var det kom ifrån, eller om det var användbart till något. Folk hade några teorier, men ingen visste säkert."

Att lista ut det, forskarna studerade sediment- och havsvattenprover innehållande C37:4 tagna från isiga fläckar runt Arktis. De använde avancerade DNA-sekvenseringstekniker för att identifiera de organismer som finns i proverna. Det arbetet gav tidigare okända arter av alger från ordningen Isochrysidales. Forskarna odlade sedan dessa nya arter i labbet och visade att de verkligen var de som producerade ett exceptionellt stort överflöd av C37:4.

Nästa steg var att se om de molekyler som lämnats efter av dessa islevande alger kunde användas som en pålitlig havsisproxy. Att göra det, forskarna tittade på koncentrationer av C37:4 i sedimentkärnor från flera ställen i Ishavet nära dagens havsiskanter. Under det senaste förflutna, Havsisen på dessa platser är känd för att ha varit mycket känslig för regional temperaturvariation. Det arbetet fann att de högsta koncentrationerna av C37:4 inträffade när klimatet var som kallast och isen var på topp. De högsta koncentrationerna daterades tillbaka till Younger-Dryas, en period av mycket kalla och isiga förhållanden som inträffade runt 12, 000 år sedan. När klimatet var som varmast och isen ebbade ut, C37:4 var gles, forskningen hittade.

"Korrelationerna vi hittade med denna nya proxy var mycket starkare än andra markörer människor använder, sa Huang, en forskare vid Institutet vid Brown for Environment and Society. "Ingen korrelation kommer att vara perfekt eftersom modellering av havsis är en rörig process, men det här är förmodligen ungefär så starkt som du kommer att bli."

Och denna nya proxy har några ytterligare fördelar jämfört med andra, säger forskarna. En annan metod för att rekonstruera havsis innebär att leta efter fossila rester av en annan sorts alger som kallas kiselalger. Men den metoden blir mindre tillförlitlig längre tillbaka i tiden eftersom fossila molekyler kan brytas ned. Molekyler som C37:4 tenderar att bevaras mer robust, vilket gör dem potentiellt bättre för rekonstruktioner över djup tid än andra metoder.

Forskarna planerar att forska vidare på dessa nya algerter för att bättre förstå hur de blir inbäddade i havsisen, och hur de producerar denna alkenonförening. Algerna verkar leva i saltvattenbubblor och kanaler inuti havsisen, men den kan också blomma precis efter att isen smält. Att förstå denna dynamik kommer att hjälpa forskarna att bättre kalibrera C37:4 som en havsisproxy.

I sista hand, forskarna hoppas att den nya proxyn kommer att möjliggöra bättre förståelse av havsisens dynamik över tiden. Den informationen skulle förbättra modeller av tidigare klimat, vilket skulle ge bättre förutsägelser om framtida klimatförändringar.