Forscher untersuchen die Auswirkungen der Meereisveränderung im Beringmeer

Das Beringmeer ist die produktivste Grundfischerei der Welt, insbesondere für Lachs, Heilbutt und Schalentiere. Etwa die Hälfte der US-amerikanischen Fische und Schalentiere stammt aus diesem Gebiet, und die Fischereiindustrie ist der Hauptmotor für Arbeitsplätze auf und um die Aleuten. Das Gefrieren und Schmelzen des Meereises in der Region wirkt sich stark auf die Primärproduktivität aus, die das Ende der marinen Nahrungskette darstellt.

Die wissenschaftliche Mitarbeiterin Professor Jaclyn Kinney, der Forschungsprofessor Wieslaw Maslowski und der wissenschaftliche Assistenzprofessor Younjoo Lee – alle in der Abteilung für Ozeanographie der Naval Postgraduate School (NPS) – untersuchten, wie sich die Schwankungen des Meereises im Beringmeer in den letzten Jahrzehnten auf die Kälte auswirken könnten Pool- und marine Primärproduktion. Ihre Forschung wurde in veröffentlicht Plus eins im April 2022.

Die arktische Region ist in den letzten Jahren für die US-Sicherheitsinteressen und insbesondere für die US-Marine zunehmend kritisch geworden. Die Forschung mit doppeltem Zweck bei der Vorhersage von Meereis und den Auswirkungen seiner Schwankungen ist entscheidend für die Navigation und das Verständnis, wie Systeme funktionieren.

Darüber hinaus bedeutet weniger Meereis möglicherweise auch mehr Tourismus und kommerzielle Aktivitäten in der Region, was auch dazu führen könnte, dass mehr Patrouillen sowie Such- und Rettungsaktionen erforderlich sind. Und wie sich Meereis auf die Nahrungsmittelversorgung und lokale Arbeitsplätze auswirkt, könnte die wirtschaftliche und kulturelle Stabilität der Region bestimmen. All diese Faktoren werden im Strategischen Entwurf des Marineministeriums für die Arktis, der 2021 veröffentlicht wird, als potenzielle Herausforderungen anerkannt, was die Bedeutung der detaillierten Studie des Ozeanographie-Teams unterstreicht.

Das NPS-Forschungsteam untersuchte speziell das sehr kalte Wasser in der Nähe des Meeresbodens (weniger als 2 ° C), das sich jeden Winter auf dem Schelf bildet und als kaltes Becken bezeichnet wird. Es entsteht durch das Abkühlen und Absinken von Oberflächenwasser. Vertikales Mischen, das durch das Austreiben von Salz aus dem Wasser verursacht wird, wenn es im Herbst und Winter zu Meereis gefriert, ein Prozess, der als Soleabstoßung bezeichnet wird, erhöht die Dichte des kalten Poolwassers. Dieses kalte, salzige, dichte Wasser sinkt auf den Grund und bildet im Sommer einen eigenen Meereslebensraum, der in anderen Teilen des Beringmeeres einzigartig ist.

Das Schmelzen des Meereises ist normalerweise die erste Ursache für die Wasserschichtung im Frühling, aber wenn es nicht so viel Meereis gibt, wird die Schichtung hauptsächlich dadurch verursacht, dass die Sonne das Oberflächenwasser später im Jahr erwärmt. Eine Schichtung ist notwendig, damit die Primärproduktivität in Form von Phytoplankton blüht.

„Wenn früh viel Primärproduktion im Wasser ist, dann ist das Zooplankton noch sehr klein und kann nicht viel davon aufnehmen“, erklärt Kinney. „Was also passiert, ist, dass sich diese Phytoplanktonzellen schließlich am Boden absetzen und die benthische Gemeinschaft ernähren. Das ist gut für Walrosse und Grauwale, die sich von der benthischen Gemeinschaft ernähren.“

Aber das bedeutet, dass die pelagische Gemeinschaft nicht so viel Nahrung bekommt, sagt sie. Wenn die Primärproduktion später in der Saison beginnt, was passiert, wenn es weniger Meereis gibt, wird es zu einem pelagisch dominierten Ökosystem, weil das Zooplankton die Möglichkeit hat, größer zu werden. Diese Schwankungen können die Fisch- und Schalentierpopulationen von Jahr zu Jahr stark beeinträchtigen.

Die Aufrechterhaltung dieser Lebensraumunterschiede ist wichtig, um die Nahrungskette für die Region aufrechtzuerhalten. Einige Meeresarten, die im kalten Becken leben, sind die Schneekrabbe und der arktische Kabeljau.

Kinney verliebte sich in den frühen 2000er Jahren in die Komplexität des Beringmeeres, und es war tatsächlich ihre erste Forschungsregion.

„Es ist wirklich wichtig für die Nachhaltigkeit von Lebensmitteln und für den Lebensunterhalt der Menschen“, sagt Kinney. „Früher habe ich wirbellose Tiere untersucht, die im Bodensediment leben, und damit habe ich Anfang der 2000er Jahre begonnen. Also habe ich diese Region einfach immer sehr geliebt.“

Natürlich hält sie sich mit der Forschung aus der Region auf dem Laufenden. Kürzlich stieß sie auf ein Papier, in dem beobachtet wurde, wie der kalte Pool nach Norden schrumpft.

„Die Reduzierung des Cold Pools bedeutet, dass wir ein ganz neues Potenzial für ein brandneues Ökosystem haben, das sich ansiedelt“, erklärt Kinney. „Wenn wir viel wärmeres Wasser haben, werden wir diese südlichen Fischarten dazu bringen, sich nach Norden zu bewegen, und das wird die arktischen Arten noch weiter nach Norden drängen.“

Wie groß und breit der kalte Pool ist, variiert von Jahr zu Jahr drastisch, und die Forscher wollten herausfinden, wie diese Variabilität mit der Variabilität des Meereises zusammenhängt. Sie verwendeten das am NPS entwickelte Regional Arctic System Model (RASM), um die Variabilität der Ausdehnung und Verteilung des Cold Pools zu untersuchen und zu sehen, wie seine Größe und Form von der Meereisbedeckung beeinflusst werden. Die Forscher entwickelten statistische Berechnungen der vergangenen Bedingungen der Meereisbedeckung im Beringmeer von 1980 bis 2018. RASM kann kritische physikalische Prozesse, Rückkopplungen und ihre Auswirkungen auf das arktische Klimasystem simulieren, indem mehrere gekoppelte Modelle und Komponenten verwendet werden, darunter Atmosphäre, Ozean, Meereis, Biogeochemie und Landhydrologie.

Das RASM bestätigte eine direkte Korrelation zwischen der Ausdehnung des Meereises und dem kalten Pool und zeigte einen kleineren kalten Pool in Zeiten mit geringerer Meereisbedeckung. Generell stellten die Forscher fest, dass der Cold Pool im Juli 2018 nur noch 31 Prozent seines Mittelwerts von 1980 bis 2018 betrug. Die Forscher verweisen auf fehlendes Meereis, verursacht durch starke Südwinde, die das Typische einschränken Südliche Ausdehnung des Meereises in Richtung Schelfbruch.

Und wie sich das auf die Nahrungskette auswirkt, fanden die Forscher heraus, dass auf Jahre mit wenig Meereis eine spätere Diatomeenblüte folgte und umgekehrt. Diese Ergebnisse folgen der ursprünglich im Jahr 2002 entwickelten Hypothese der oszillierenden Kontrolle, die besagt, dass ein früher Eisrückgang zu einer späten Blüte führt, während ein später Eisrückgang zu einer frühen Blüte führt.

Kieselalgen sind eine verbreitete Art von Phytoplankton, das die Basis der Nahrungskette bildet. Diatomeenwerte können gemessen werden, indem man sich ansieht, wie viel Chlorophyll-a in einem Gebiet gefunden wird, was sowohl über Satellit als auch in Modellen erfolgen kann. Ein Vergleich der Chlorophyll-a-Trends im nördlichen Beringmeer zwischen Satellitendaten und RASM zeigte ähnliche Ergebnisse, die die Grundlage einer anderen Studie bilden, die Kinney mitverfasste und die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Ozeanographie im Mai 2022. Die RASM-Ergebnisse gaben auch Einblick in den Mechanismus, der für die Veränderungen verantwortlich ist, indem sie die Variabilität der Nitratkonzentration (eine Variable, die nicht per Satellit gemessen wird) zeigten.

Die Forscher waren begeistert zu sehen, dass die Ergebnisse von RASM reale Beobachtungen widerspiegeln. Aber der 2018 beobachtete Rückzug kalter Pools war auch in den Jahren 2019 und 2020 ein Problem, in denen auch ungewöhnlich hohe Temperaturen zu verzeichnen waren, was zu weniger Meereis führte. Dann brach 2021 eine große Schneekrabbenpopulation zusammen, wahrscheinlich aufgrund einer Verringerung ihres bevorzugten Lebensraums für kalte Pools. Ohne den kalten Pool können die Raubtiere der Schneekrabbe leichter junge Krabben fressen. Diese Bevölkerung bringt bankrotte Gemeinden zum Einsturz, die auf Schneekrabben angewiesen sind, um ihren Lebensunterhalt zu verdienen. Die Central Bering Sea Fisherman’s Association erwartet aufgrund der notwendigen Kürzungen der Krabbenquote einen Umsatzrückgang von etwa 65 %.

„Als Wissenschaftler wollen wir wissen, ob diese Reduzierung des kalten Pools die neue Normalität ist? Werden wir sehen, wie das Meereis zurückkommt? Und wie wird sich die Bevölkerung dann im Süden wieder ansiedeln, wenn wir sehen, dass das Meereis zurückkehrt? normal?“ sagte Kinney.

Sie weist darauf hin, dass dies nicht das erste Mal ist, dass das Gebiet einen verringerten kalten Pool gesehen hat, das letzte Mal im Jahr 2001. Es hat sich erholt, wobei die Meereisprävalenz 2012 ihren Höhepunkt erreichte. Aber die Meereisausdehnung ist seitdem zurückgegangen. Das Beringmeer-Meereis ist schwer vorherzusagen, da es jedes Jahr bei Null anfängt und sich zusätzlich zu den größeren klimatischen Trends den Launen saisonaler und zwischenjährlicher Schwankungen unterwirft.

„Es gibt keine einfache lineare Beziehung für den Eisrückgang“, erklärt Maslowski. Aber das Team ist ermutigt, wie gut RASM bisher in der Lage war, die Meereistrends vorherzusagen, und sieht es als ein mächtiges Werkzeug, um der Marine zu helfen, einen Blick in die Zukunft des Beringmeeres zu werfen.

Bereitgestellt von der Naval Postgraduate School