Forbinder havet med himlen i det høje Arktis

Hvor vigtig er marin mikrobiologi for skyer i det høje Arktis om sommeren, og hvor vigtig er denne sammenhæng for klimaet i regionen? Dette er et centralt fokus for en forskningsekspedition på den svenske isbryder Oden, der finder sted i det høje Arktis til sommer, hvor Stockholms universitet vil spille en ledende rolle.

At det arktiske klima ændrer sig hurtigt er klart for alle. Ja, Arktis opvarmes med en hastighed på næsten det dobbelte af det globale gennemsnit. Imidlertid, vores forståelse af, hvad der præcist styrer disse hurtige klimaforandringer, og i hvilket omfang det arktiske klima fortsat vil ændre sig i fremtiden, er meget mere begrænset, og en række centrale spørgsmål er ubesvarede. For eksempel, hvad er konsekvenserne af det dramatiske tab af sommerhavisen for det arktiske klima? Vil isen fortsætte med at forsvinde, efterhånden som havet absorberer stigende mængder af solstråling? Eller kan forholdene blive mere gunstige for biologisk aktivitet og tilhørende skydannelse, med en efterfølgende reduktion i mængden af ​​solstråling, der kan nå overfladehavet, muligvis modvirke issmeltningen? Det er spørgsmål som disse, der motiverer en unik forskningsekspedition til højarktis ombord på isbryderen Oden.

"Målet er at levere unikke målinger, der vil give detaljerede oplysninger om grundlæggende processer for skydannelse i Arktis. Disse resultater er nødvendige for at forstå det arktiske klima og dets følsomhed og reaktion på de ændringer i klimaet, der forårsages af menneskelig aktivitet, " siger Caroline Leck, professor i kemisk meteorologi ved Institut for Meteorologi (MISU). Professor Leck er chefforsker med ansvar for ekspeditionen fra Stockholms Universitet sammen med Patricia Matrai fra Bigelow Laboratory for Ocean Science i USA.

Skyer spiller en afgørende rolle i Arktis, da de påvirker mængden af ​​solstråling, der når overfladen. For at der skal dannes skyer, en vis mængde vind, fugtighed og temperatur er påkrævet. Imidlertid, dannelsen af ​​skyer kræver også tilstedeværelsen af ​​små partikler i luften, såkaldte aerosoler, som fungerer som embryoner for sky-vanddråberne.

"Vores nuværende forståelse af, hvilken rolle skyer spiller i Arktis, er ikke tilstrækkelig til at forstå, hvordan de påvirker havis smeltning, og et centralt missing link er den rolle, som livet i havene spiller i skydannelsen her, " siger Caroline Leck. "Selvfølgelig, en nøgleudfordring er at forsøge at fjerne disse komplekse relationer i en region, der er ekstremt svær at få adgang til – dette er en logistisk og teknisk udfordring, der ikke ligner nogen anden, siger Caroline Leck.

Ekspeditionen er en kombineret amerikansk og svensk indsats, der omfatter 40 forskere fra hele verden. Den 20. juli forlader isbryderen Oden Helsingborg i den sydlige del af Sverige, inden den sætter kursen mod Nordpolen. Hovedforskningen vil finde sted omkring 90 grader nord under en isdriftsoperation. Her, Oden vil blive parkeret ved siden af ​​en tung isflage, hvor den vil drive frit i omkring fem uger, så forskerne kan indsamle prøver fra havet, isen og luften.

Blandt andet, de vil finde ud af, hvordan skyerne hænger sammen med havets og isens mikrobiologiske liv – noget der er særligt fremtrædende om sommeren. Det er i denne periode, at isalgerne og bakterierne er mest aktive i de åbne ledninger mellem isflagene. Men hvad forbinder havet med himlen? Nøglen til at løse denne brik i puslespillet er bobler - bobler, der er til stede i de åbne ledninger, stiger til overfladen, hvor de brister, udsende materiale, der er til stede ved vandoverfladen, ud i atmosfæren. Et kritisk spørgsmål, som forskerne ønsker at løse, er, om denne proces er en vigtig kilde til aerosoler i regionen, og om den kan påvirke skyerne ovenfor.

"I de åbne ledere, man kan observere bobler, som sprænger og skyder aerosoler ud i atmosfæren ovenover. Dette fører til nogle meget vigtige spørgsmål, der endnu ikke skal besvares:Hvilke processer styrer, hvor mange bobler der når vandoverfladen og brister? Hvor mange partikler producerer disse bobler? Hvor store er disse partikler, og hvad består de af? Hvor vigtig er denne partikelkilde sammenlignet med andre partikelkilder i regionen? Spiller disse partikler en rolle i dannelsen af ​​de lavtliggende skyer, der findes i regionen om sommeren?" siger Matt Salter, aerosolfysiker ved Institut for Miljøvidenskab og Analytisk Kemi (ACES), der er en del af teamet.

For at besvare disse spørgsmål vil teamet indsætte et flydende aerosolkammer i de åbne ledninger sammen med en boblebøje designet til at kvantificere boblerne i vandet. "I bund og grund vil vi placere en flydende tank i de åbne ledninger, så eventuelle aerosoler, der kommer ud af vandoverfladen efter boblesprængning, er fanget i den. Ved at placere vores instrumenter oven på tanken vil vi være i stand til at suge disse partikler ud, hvilket gør det muligt for os at at tælle dem og bestemme deres størrelse, "siger Matt Salter.

For at afgøre, om aerosolerne i atmosfæren og skyerne over de åbne ledninger har deres kilde i havet, vil teamet anvende instrumentering på Oden og på bundne balloner for at prøve skyerne.

"Som en støvsuger, vi vil suge både aerosoler og skyer inde i en container ombord på Oden, hvor vi vil bruge en stor pakke af instrumenter til at studere de mikrofysiske egenskaber og kemiske sammensætning af aerosoler og skydråber. Man kan sige, at vi vil bringe de arktiske skyer tilbage til Sverige, " siger Paul Zieger, atmosfærisk fysiker og adjunkt, ACES.

Forskere fra Stockholm Universitet har været involveret i adskillige ekspeditioner til Arktis i løbet af de sidste par år, men en ekspedition med fokus på aerosoler og skyer har ikke fundet sted siden 2008.

"Da vores forskning har fokus på brugen af ​​avanceret teknisk udstyr og avancerede analysemetoder, der aldrig har været indsat i regionen før, Ekspeditionen denne sommer vil give os mulighed for at tage kæmpe spring fremad i vores forståelse af de store ændringer, der sker i Arktis som følge af klimaændringer forårsaget af menneskelige aktiviteter. Til det formål, Ekspeditionen skal også sikre, at Sverige fortsætter sin lange tradition for verdensførende forskning i regionen, siger Caroline Leck.