上一个冰河时代的冰盖为海洋播下了必需的二氧化硅养分
由布里斯托尔大学的冰川学家和同位素地球化学家领导的一项新研究发现，融化的冰盖为周围海洋提供了必需的二氧化硅营养物质。
一群被称为硅藻的海洋藻类(海洋中微小的植物)需要二氧化硅，它们用二氧化硅来建造玻璃状的细胞壁(被称为水柱)。这些浮游生物吸收了全球大量的碳——它们通过光合作用从大气中去除二氧化碳，当它们死亡并沉入海底时，它们充当天然的碳汇——形成海洋食物链的基础。
发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的这项研究表明，无论是现在还是过去的冰川期，冰川融水都含有二氧化硅，这可能有助于维持冰盖周围海洋硅藻的生长，这些硅藻是经济上重要的渔业和海洋生物的家园。研究人员表明，格陵兰冰盖冰川融水中的二氧化硅具有独特的同位素特征，与在其他河流中发现的不同。研究人员此前发现，硅藻和海绵(它们的骨骼是由二氧化硅构成的)自上个冰河世纪以来逐渐埋藏在海洋沉积物中，它们与现代同类的硅同位素特征不同。
这种较轻的同位素特征被认为是硅藻活性和洋流在冰河期和冰河期之间变化的结果。然而，研究人员现在认为，供给海洋的河水同位素特征的变化可能是这些变化的原因。
乔恩·霍金斯博士说:“在这项研究中我们想找出如果硅在冰川融水从大冰盖(格陵兰岛)有一个独特的同位素特征。如果确实如此，那么冰川消融期间融化的冰盖所产生的大量融水，可能会在一定程度上解释此前记录的海洋硅同位素特征的变化。”在上一个冰河期，冰盖迅速融化，导致海平面每年上升3厘米以上(目前约为0.3厘米)“在冰盖融化的高峰期，估计每年有2.5万立方米的水从冰盖融化进入海洋——这是目前从亚马逊河流出的水量的三倍多。”“如果冰盖融化所携带的二氧化硅确实具有独特的同位素特征，那么这将重塑冰盖和大型冰川消融事件在全球生物地球化学循环中的重要性。”
研究人员仔细研究了二氧化硅浓度融水,融水的硅同位素签名(称为? 30 si,我们使用“标记”的冰川硅),使用这些数据在一个计算机模型,结果从海洋沉积物核心冰岛海岸,显示了独特的硅同位素组成的变化海绵冰盖崩溃的时期。他们想要确定:
如果冰川融水有一个独特的二氧化硅信号，可以用来跟踪输入到海洋
如果同位素信号在夏季融化期间有任何变化(这可能反映出二氧化硅来自冰川内部)
预测上一个冰河世纪快速融化的冰盖对海洋生态系统的影响
这项研究得出的结论是，冰川和冰盖是二氧化硅循环中一个没有得到充分重视的组成部分，它们向海洋中输出了大量活性二氧化硅，硅藻可以利用这些活性二氧化硅。研究人员说，这可能对海洋硅质生物在显著的冰覆盖和快速冰川消退期间的健康有重大影响。
该研究表明，冰原径流中硅同位素组成的含量是有史以来在流动水中测量到的最轻的——冰川融水的值远低于任何非冰川河流径流的测量值。
使用这些数据加上一个简单的计算机模型的海洋自最后一个冰河时代最大(大约21000年前)研究预计,多达三分之一的硅质生物的硅同位素签名中观测到的变化可以解释为巨大的冰盖的融化,在峰值高达30%的地表覆盖,包括北美和欧洲大部分地区,包括英国。同位素组成也有助于解释，随着每年融化期的推进，融水从更深处进入冰盖，冲入冰下数百米的液态水。霍金斯博士补充说:“我们的发现重新构建了关于冰原在生物地球化学循环中的重要性的传统观点，特别是二氧化硅循环。“以前，上一个冰河时代从冰盖中释放的大量水和沉积物并没有完全被认为对海洋化学和生物有重大影响，但我们的研究指出，这可能是一种疏忽。”“因此，我们对许多其他同位素系统的解释，以及自上次冰河时期以来生物地球化学循环的变化可能需要重新评估。”
要发现冰盖在全球营养循环中的重要性，还有很多工作要做。研究小组现在将通过考察格陵兰岛周围(以及更远的地方)的一系列冰川来确定其他冰川是否携带了大量具有同位素特征的二氧化硅到海洋中。
凯特·亨德利博士是布里斯托尔论文的共同作者之一，她目前领导着一个由欧洲研究理事会资助的项目ICY-LAB，该项目旨在为格陵兰岛附近一个生态重要地区的营养循环、生物矿化以及硅质生物的分类和生物地理学提供前所未有的见解。这将与勒沃弗姆信托基金(Leverhulme Trust)今年在格陵兰岛由卡伯特研究所所长Jemma Wadham教授领导的一个项目联系起来，该项目将进一步探索亚冰风化在全球硅氧循环中的作用。
这些项目将进一步建立冰川融水的通道,从冰川沉积物通过峡湾系统(融水和海水混合区)对硅浓度及其同位素组成,例如有多少比例的沉积物由冰川融水含有的大量“diatom-available”硅是埋在峡湾。这对于预测有多少二氧化硅被出口到远离冰盖海岸的公海是很重要的。
研究人员还计划使用更复杂、更真实的计算机模型来深入研究自上次冰河时期以来全球二氧化硅循环的潜在变化。这些可能包括对洋流的更精确描述、水柱中二氧化硅的循环利用以及对海洋藻类群落的潜在变化。