Under kylan, mörka djup i Arktiska havet finns stora reserver av metan. Dessa butiker vilar i en delikat balans, stabil som ett fast ämne som kallas metanhydrater, vid mycket specifika tryck och temperaturer. Om den balansen tippas, metanet kan släppas ut i vattnet ovanför och så småningom ta sig till atmosfären. I sin gasform, metan är en av de mest potenta växthusgaserna, värmer jorden cirka 30 gånger mer effektivt än koldioxid. Att förstå möjliga källor till atmosfärisk metan är avgörande för att exakt förutsäga framtida klimatförändringar.

I Ishavet idag, Inlandsisar utövar tryck på marken under dem. Det trycket diffunderar hela vägen till havsbotten, kontrollerar den osäkra stabiliteten i havsbottensediment. Men vad händer när inlandsisarna smälter?

Ny forskning, publicerades idag i Geologi , indikerar att under de senaste två globala perioderna av havsissmältning, minskningen av trycket utlöste metanutsläpp från nedgrävda reserver. Deras resultat visar att som arktisk is, som Grönlands inlandsis, smälter, liknande metanutsläpp är troligt och bör inkluderas i klimatmodeller.

Pierre-Antoine Dessandier, en postdoktor vid Norges arktiska universitet, och hans medförfattare var intresserade av två perioder för cirka 20 tusen år sedan (ka), känd som Last Glacial Maximum (LGM), och 130 ka, känd som den Eemiska deglaciationen. Eftersom Eemian hade mindre is och var varmare än LGM, det är mer likt vad Arktis upplever idag, fungerar som en bra analog för framtida klimatförändringar.

"Den äldsta inspelade episoden (Eemian) är mycket viktig eftersom det var en stark interglacial i Arktis, med mycket liknande klimategenskaper som det som händer idag, ", sa Dessandier. "Idén med Eemian interglacial är att... jämföra det med vad som kan hända i framtiden. Metanutsläpp från havsbotten är viktigt att överväga för att modellera rumsliga uppskattningar av framtida klimat."

För att spåra tidigare metanutsläpp, Dessandier mätte isotoper av kol (kolmolekyler med något olika sammansättning) i skalen på små havsbor som kallas foraminifer. Eftersom foraminifererna bygger sina skal med hjälp av ingredienser från vattnet runt dem, kolsignalen i skalen reflekterar havets kemi medan de levde. Efter att de dött, dessa skal bevaras i havsbottensediment, sakta bygga ett rekord som sträcker sig över tiotusentals år.

För att nå det rekordet, Dessandier och teamet behövde borra en djup kärna utanför Svalbards västra kust, en norsk skärgård i Ishavet. Teamet samlade två kärnor:en 60-meters referenskärna, som de använde för att datera och korrelera stratigrafi, och en 22-meters kärna som spänner över LGM och Eemian deglaciationerna. Platsen för 22-meterskärnan valdes baserat på dess "pockmark"-funktion, markerar var gasen flydde våldsamt tidigare, och massiva karbonatstenar som bildas där metan fortfarande läcker ut idag.

Kolisotoper av mikroskopiska skal i den långa kärnan avslöjade flera episoder av metanfrisättning, som geokemister känner igen från sina distinkta toppar i journalen. Eftersom metan fortfarande sipprar från sedimenten, Dessandier behövde för att se till att signalen inte kom från moderna störningar. Han jämförde skalens kolisotopvärden med mätningar som hans kollegor gjorde på karbonatmineraler som bildades utanför skalen, efter att foraminifern hade dött, när metanutsläppet var som mest intensivt.

Isotopregistret visade att när isen smälte och trycket på havsbotten minskade, metan släpptes ut i våldsamma sprutor, långsamt sipprar, eller – med största sannolikhet – en kombination av båda. När isen försvann helt, några tusen år senare, metanutsläppen hade stabiliserats.

Hur mycket metan till slut kom till atmosfären, vilket är det som skulle bidra till växthuseffekten, förblir osäker. En del av problemet med att kvantifiera detta är de mikrobiella samhällena som lever på havsbotten och i vattnet, och som använder metan för att överleva.

"För mikroberna, det är en oas. Det är fantastiskt, sade Dessandier. Så de växer som galningar, och vissa arter producerar metan och andra konsumerar det." Den aktiviteten komplicerar kärnans detaljerade kolregister. I sediment, ett livligt samhälle med massor av metanåtervinning skulle kunna överskriva den ursprungliga signalen; i vattenpelaren, där näringsämnen kan vara mindre rikliga, Metan kan slukas upp eller omvandlas till koldioxid innan det når atmosfären.

Trots moderna komplikationer, teamet har hittat två metanutsläpp associerade med isretreat, som de antar kan hända idag. Det bästa för Dessandier var att upptäcka lager av massiva musslor i kärnorna som, baserad på moderna observationer från fjärrstyrda fordon, kan indikera ett metanläckage. "Det var superintressant för oss att observera samma sorts lager vid LGM och Eemian, " sa han. "Det bekräftade vad vi trodde i början, med en metanrik havsbotten som tillåter denna gemenskap att utvecklas... Vi kan säga att dessa händelser är väldigt lika, med liknande processer under båda uppvärmningsperioderna. Så detta är något att tänka på för vår nuvarande uppvärmning. Det kan hända igen."