Hot vents in an ice-covered ocean: the role of the Arctic as a connectivity pathway between ocean basins

Langs midthavsryggene i verdenshavene, der jordskorpens plater glir fra hverandre og ny havbunn dannes av vulkansk aktivitet, finnes spredte undersjøiske oaser med et yrende dyreliv. Sollys er ikke nødvendig for at disse skal eksistere. Livet her opprettholdes av bakterier som kan utnytte kjemisk energi fra varmt og mineralrikt vann som strømmer ut fra jordskorpen. Slike varme kilder er leveområder for en rekke spesialiserte livsformer og ukjente mikroorganismer. De første varme kildene ble oppdaget allerede på slutten av 70-tallet, men vi vet fortsatt lite om dyrelivet som finnes der. Forskning på disse økosystemene er imidlertid viktig fordi det genererer ny kunnskap om hvordan liv på jorda oppstod for milliarder av år siden, og vil videre kunne bidra til å vurdere hvorvidt det kan finnes former for liv under tilsvarende forhold også på andre planeter i vårt solsystem. HACON-prosjektet har, i 2019 og 2021, organisert forskningstokt med den norske isbryteren R/V Kronprins Haakon til varme kilder lokalisert på sjøfjellet Aurora (82°N). Banebrytende oppdagelser ble gjort av HACON-teamet, bestående av over 50 forskere, ingeniører, mannskap og kommunikasjonsarbeidere. Det første ROV-dykket (Remote Operated Vehicle) noensinne til varme kilder lokalisert på havbunnen under permanent isdekke, ble utført. Det faktum at de varme kildene på Aurora ligger på 4000 meters dyp gjorde dette ekstra utfordrende. Grensene for hvilken type forskning man kan gjøre i Arktisk har dermed blitt flyttet. Viktige erfaringer, metoder og retningslinjer for fremtidige undersøkelser av dyphavet i Arktisk er også oppnådd. HACON-prosjektet har arbeidet fram unike datasett som gjør det mulig å utføre interdisiplinære studier av geologiske, geokjemiske, oseanografiske, mikrobiologiske og biologiske egenskaper til det avsidesliggende og uberørte økosystemet som den varme kilden Aurora representerer. De pågående studiene vil gi ny informasjon om samfunnssammensetningen, økosystemfunksjon og miljødrivere på den varme kilden Aurora. Den unike lokaliseringen av Aurora på Gakkelryggen i Arktisk, gjør det spesielt interessant å avdekke denne typen informasjon. Data fra disse undersøkelsene vil gi en første forståelse av sammensetningen og funksjonen til disse økosystemene, og kan gi oss svar på hvor isolert de dype arktiske kildesamfunnene er fra lignende samfunn i andre hav. De første resultatene viser at Aurora består av 3 såkalte «black smokers» som ble observert å være kolonisert av amfipoder og gastropoder. HACON-teamet har også bidratt til teknologisk utvikling og utviklet felles prosjekter med fokus på å miniatyrisere undervannsutstyr til bruk i astrobiologiske undersøkelser. Samarbeidet med NASA-JPL har bidratt til forskning knyttet til søk etter liv i månene til ytre planeter som Jupiter. Videre har samarbeid med eksperter i utvikling av dokumentarserier (National Geographic og et filmselskap) bidratt til sterkt å øke bevisstheten om disse avsidesliggende og fremdeles uberørte økosystemene.

1) Proven methodology for ROV (remote operated vehicle) operations to the deep-sea floor under permanent ice cover, opening for future deep-sea research under ice. 2) First ever survey of an active hydrothermal vent field in the Gakkel Ridge, Arctic Basin, providing an environmental baseline of a pristine ecosystem from which to measure change caused by potential future stressors. 3) Greatly increased interdisciplinary and international (5 nations) collaborations amongst physical oceanographers, geologists, geochemists, micropaleontologists, microbiologists, biologists and astrobiologists, subsea engineers and communicators. This has enabled mentoring of the next generation of ocean professionals, contributed to technology development (miniaturised equipment), pushed forward the frontiers of knowledge of deep Arctic ecosystems and raised awareness of such remote systems in society (Nat Geo article and TV documentary).

Forty years after the discovery of hydrothermal vents, research of these unique ecosystems is still in a discovery phase. The findings have changed the way we understand life on Earth and are fuelling exploration for life in our solar system. The remote Arctic Gakkel Ridge remains largely unexplored and ecosystems in this under-ice region are largely unknown. First evidence of active venting in the Gakkel Ridge has been available since 2001, but visual confirmation was not obtained until 2014 on the Aurora seamount. HACON proposes to return to the Aurora seamount in 2019, using the most modern infrastructure for oceanographic and Arctic research, including the new Norwegian icebreaker Kronprins Haakon, ROV Ægir and hybrid AUV Nereus Under Ice (WHOI, USA). HACON will conduct the first full-scale multidisciplinary study of deep (4000 m) hydrothermal vents under permanent ice cover in the Arctic (82°N). HACON will unravel the processes that shape the Aurora communities and test the hypothesis that the Gakkel Ridge provides a connecting pathway for gene flow between the Pacific and Atlantic oceans. The project will provide empirical robust data of a pristine system prior to expected climate-change variations and increased human activities in the Arctic region. HACON integrates research in geology, geochemistry, physical oceanography, microbiology, micropaleontology, ecology, molecular biology and modelling to answer 3 questions addressed in 4 integrated work packages: 1) What are the geologic controls on the vent-site?s setting and how do chemical signatures evolve in the water column (WP1)? 2) What microbial and faunal communities are supported by such geochemical settings (WP2) and how do they function (WP3)? 3) What are the pathways and barriers to population connectivity between the deep Pacific, Arctic and Atlantic oceans (WP4)? The scientific excellence in HACON is ensured through the participation of first-class national and international partners.