Bridging marine productivity regimes: How Atlantic advection affects productivity, carbon cycling and export in a melting Arctic Ocean

CarbonBridge fokuserer på hvordan innstrømning av Atlantisk vann til Polhavet påvirker algeproduksjon og karbonkretsløpet i områdene vest- og nord for Svalbard. Det har vært forventet at disse områdene vil bli mer produktive og kunne gi bedre næringsgrunnlag for fisk og marine pattedyr med redusert isdekke, men det har vært ukjent om det er tilfellet og hvordan produksjonen fordeles i økosystemet. Nøkkelen er å forstå fordelingen blant de minste organismene i næringsnettet, og funn fra CarbonBridge prosjektet gir ny og spennende forståelse. Basert på feltstudier med FF Helmer Hanssen i januar, mai og august 2014 og eksperimenter for å forstå økologiske sammenhenger, har innsamlede data blitt integrert med både historiske data og med fysikk- og økosystem modellsimuleringer for å gi kunnskap utover prosjektets geografiske og tidsmessige begrensninger. De viktigste funnene i prosjektet er: Transport av næring inn i Polhavet: -Transporten av planteplankton med Atlanterhavsstrømmen inn i Polhavet er 5-50 ganger større enn den lokale produksjonen -Transporten av dyreplankton med Atlanterhavsstrømmen inn i Polhavet er >10 ganger større enn lokal produksjon -Transporten av dyreplankton inn i Polhavet er overraskende stor også om vinteren, og skyldes at en relativt stor del av bestanden oppholder seg i overflaten, og ikke på mange hundre meters dyp som er beskrevet lenger sør -Tilførselen av næring til sokkelskråningen og området nord for Svalbard bidrar med stor tilførsel av næring tilgjengelig for fisk og andre dyr i området. -Dyreplankton som når Polhavet i september kan være transportert helt fra området ved Lofoten og Vesterålen, og synliggjør at områdene mellom fastlands-Norge og Polhavet henger sammen økologisk Økt produksjon ved redusert isdekke: -Primærproduksjonen kan øke ved redusert isdekke og lengre periode med åpent vann og gode lysforhold -Næringstilførselen (gjødsel) for algeveksten kommer hovedsakelig dype vannlag, og transporteres opp til overflate hvor det er nok lys til vekst ved gjennomblanding som skjer hver vinter i denne delen av Polhavet. Transporten av næringsstoffer sommerhalvåret er svært begrenset på grunn av stek lagdeling i vannmassene, og begrenset turbulens som kan øke gjennomblandingen. Næringstilførselen er likevel langt større i enn i de kanadiske delene av Polhavet der lagdelingen er for sterk til at gjenomblandingen om vinteren finner sted -Den høstbare delen av produksjonen (ny-produksjon), vil derfor trolig ikke øke mye selv om det blir mer lys, på grunn av næringsbegrensning -Regenerert produksjon kan øke betydelig mer, men her vil mye av produksjonen gi næring til de mikrobielle organismene, og mye vil gå tapt i form av økt respirasjon (forbrenning) -Økning i den lokale primærproduksjonen ved sokkelskråningen og området nord for Svalbard vil derfor ikke gi mye bedre næringsgrunnlag for fisk og andre dyr i området Forbedring av modellverktøy: -Økt forståelse av hvordan karbon og nitrogen veksler mellom mellom oppløst og partikulært organisk materiale i det mikrobielle næringsnettet, bidrar til økt forståelse av hvordan næringsstoffer brytes ned og regenereres og bidrar til regenerert primærproduksjon. Dette forbedres i SINMOD modellen ved SINTEF for å modellere primærproduksjon enda bedre Framtidig produksjon i Polhavet -Basert på projeksjoner av framtidig klima anslår modellene at primærproduksjonen og temperaturen er forventet å øke i havområdet ved sokkelkanten nord for Svalbard -Transporten av næring inn i Polhavet vil fortsatt være stor -Modellene anslår at havområdet vil øke opptaket av CO2 i framtiden, og lagre dette i dyphavet. Verdien av denne økosystemtjenesten vil bli beregnet. CarbonBridge har utdannet 1 PhD og 2 post doc kandidater, og bidratt til arbeidet hos flere masterstudenter og PhD kandidater. Resultatene fra prosjektet har vært formidlet på en rekke møter og arrangementer for ulike grupper av publikum ? inkludert barnehagebarn, skoleelever, forvaltere, kunstnere og forskere i ulike fagmiljø. Det har også vært arrangert PhD kurs, utstillinger og stand på forskningstorg. Resultatene formidles i vitenskapelige artikler, og en bok At the Edge gir populærvitenskapelig innsikt i nordområdene. Resultatene vil ha betydning for forskere, for forvaltere og andre som trenger kunnskap om betydningen av næringstransport med Atlanterhavsstrømmen og produksjon og næringsgrunnlag i et framtidig Polhav. Prosjektet har vært et samarbeid mellom UiT Norges arktiske universitet, Norsk Polarinstitutt, SINTEF, Havforskningsinstituttet, Universitetet i Bergen og UNI Research, UNIS, Scripps Institution of Oceanography (USA), Laval Universitet (Canada), Universitet i Tartu (Estland), Universitet i Akron (USA), Institute of Oceanology (Polen), Universitet i Århus (Danmark), Mediterranean Institute for Advanced Studies (Spania), International Arctic Research Center, University of Fairbanks (USA), AARI (Russland)and AWI (Tyskland).

The retreat of sea ice into the Arctic Ocean Basin opens for changes in ecosystem production and composition along the shelves. While there is increased interest in exploiting the area north of Svalbard with respect to harvest, petroleum and ship traffic, we lack sufficient knowledge for appropriate risk assessments and resource management of this area. CARBON BRIDGE addresses productivity and pathways of carbon flow in the marine ecosystem lower trophic levels in regions projected to be new productive ho t spots in the Arctic Ocean resulting from the sea ice retreat. We quantify the advective supply via the Atlantic Water (AW) inflow (WP1) and the local production and export processes (WP2) being the basis for the ecosystem production in the new ice-free shelf and basin regions north of Spitsbergen. We address the limiting factors and regulation mechanisms (WP3) to provide an understanding of how the organisms and processes are controlled from the physical and biological environmental conditions. These pa tterns along with existing data sets and modelling tools provide the basis for up-scaling to address larger scale patterns and future maps of productivity as basis for higher trophic levels and harvestable production (WP4). The patterns of future physical conditions and drivers and resulting productivity and food web transfer to deeper waters, to the microbial community or to higher trophic levels, will be evaluated in light of the increasing interest for activities in northern marine regions, and the pot ential for conflicts of interest (WP5). Results from all WPs will be communicated to reach relevant communities and users at many levels (WP6). Ecosystem-services provided by this region will be sensitive to the productivity regime. With a strong team of pan-Arctic researchers, we identify characteristics and quantify the regime north of Svalbard in terms of basic ecosystem production, carbon sequestration and its role in the Arctic carbon chemistry cycle.