Establishing Long-term High-Resolution Coralline Algae Records of Arctic-Atlantic Ocean-Sea Ice Variability

Reduksjonen av arktisk sjøis de siste tiårene er godt dokumentert og er et av de mest synlige tegnene på pågående klimaendringer. Nedgangen har vært mest markert i sommerhalvåret, og hvis dagens trender vedvarer, antyder prognoser at arktisk sommersjøis kan forsvinne helt innen noen få tiår. I tilknytning til nedgangen i sjøisutbredelse er det dokumentert en økning i primærproduktivitet. Dette skyldes trolig en lengre vekstsesong for visse alger, noe som igjen har implikasjoner for økosystemet. Disse markante endringene har generert forskningsinteresse for sesongbasert prediksjon og forutsigbarhet knyttet til det Arktiske klima- og økosystemet. Usikkerheten i sjøismodellering er imidlertid stor da den langsiktige (multidekadiske) variasjonen i sjøisdekket er dårlig forstått grunnet korte tidsserier med instrumentelle- og satellittbaserte målinger av sjøis. I CARA-ICE-prosjektet vil vi undersøke hvordan spredningen av varme fra den subpolare delen av det nordlige Atlanterhavet og mot Arktis påvirker variasjoner i det flerårige regionale sjøisdekket. Kalkalger er en ny marin proksy for områder som i perioder er dekket av sjøis, og er det eneste kjente arkivet i Subarktis og Arktis som gjenspeiler dette. Vi har brukt eksistensen av disse lang-livede kalkalgene på den grunne sokkelen rundt Svalbard til å rekonstruere klima og havisendringer gjennom flere århundrer frem til i dag. Gjennom å analysere forholdet mellom sporelementer i kalkalgeprøvene har vi etablert aldersmodeller basert på geokjemisk syklisitet knyttet til sesong. En vekstkronologi basert på flere individer dekker perioden AD 1818-2020, mens et ekstraordinært gammelt individ har en vekstkronologi som går tilbake 280 år (AD 1740-2020). Disse nye og robuste proksyseriene for variasjon i havisdekke gir etterlengtede og viktige begrensninger for klimamodellering. I tillegg forlenger de den korte instrumentelle tidsserien for endringer av havis i Arktis, og gjør det mulig å studere langtidstrekk i dynamikken bak havisvariasjoner.

With the CARA-ICE project we have documented the high potential of using coralline algae as archives of past sea ice variability around Svalbard. We have produced an annually resolved 280 year long record of sea ice variability from Nordaustlandet, which will be available for the research community. This new robust sea ice proxy time series provide provide long-sought constraints for climate modeling as well as provides as data that extends the short instrumental time series of sea ice variability in the Arctic making it possible to look at more longer-term features in the dynamics of Arctic sea ice variability.

The primary objective of CARA-ICE is to constrain the role of natural, long-term variability of Atlantic inflow via the West Spitsbergen Current into the Arctic-Atlantic on the radical sea ice loss observed during recent decades. The project aims at providing a definitive breakthrough in our capacity to provide baseline data for the Atlantic sector of the Arctic for the last few centuries. With CARA-ICE we will be able to address several longstanding questions regarding the Arctic sea ice cover that, due to the shortness of the instrumental record, remain unknown. CARA-ICE is a project that takes an innovative approach to understand the multicentury variability in temperature, sea ice and ocean dynamics in the Arctic-Atlantic, an area of research that so far has been inadequately addressed with other proxies by the international research community. In CARA-ICE we will develop and evaluate a multiproxy approach based on coralline algae records to establish natural baseline levels of ocean temperature and sea ice associated with multicentury pre-industrial climatic changes in the Arctic-Atlantic. The methodological approach of CARA-ICE is based on: 1) Developing new sclerochronological and geochemical proxy records using the coralline algae Clathromorphum compactum and 2) Climatic interpretation and statistical analyses. We will test and quantitatively constrain the degree to which the annual growth and trace elemental ratios of crustose coralline algae living on the Svalbard shelf generally represent ocean and sea ice in the exceptionally varying site characterized by a confluence of temperate and polar currents and Arctic sea ice. We will use the Svalbard coralline algae proxy data and other pertinent high-resolution marine records from the subarctic-arctic to quantitatively test whether the multidecadal sea-ice variability that has dominated the Arctic in the instrumental period is a robust persistent feature of the ocean–atmosphere–sea-ice climate system.