Driv gennem isen om bord på et polar klimaforskningsfartøj

For mere end to måneder siden, EPFL-forsker Julia Schmale sluttede sig til besætningen på Polarstern, en tysk forsknings-isbryder, der siden september sidste år har drevet langsomt gennem de frosne farvande med start nord for Sibirien mod Svalbard. Skibet medbringer et internationalt hold af forskere på en årelang forskningsekspedition, arbejde under usædvanlige og ofte udfordrende forhold:omskifteligt vejr, temperaturer, der falder så lavt som –40°C, uendeligt mørke giver plads til uendeligt dagslys, og is så langt øjet rækker.

Besætningen udfører forskning som en del af en større ekspedition med titlen Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, eller MOSAiC for kort, som har til formål at opnå grundlæggende indsigt i forhold i Arktis, klimaændringernes indvirkning på regionen og omvendt regionens indflydelse på globale klimaændringer.

Schmale, en atmosfærisk videnskabsmand, leder observatoriets atmosfæriske forskerhold. Hun havde planlagt en tilbagevenden til Schweiz i midten af ​​april, hvor hun for nylig blev udnævnt til leder af det helt nye Extreme Environments Research Laboratory ved EPFL, men COVID-19-krisen betyder, at hun vil forblive om bord indtil begyndelsen af ​​juni. Schmale er ikke fremmed for polare miljøer, har deltaget i Antarctic Circumnavigation Expedition (ACE) i 2017. Hendes rolle i denne seneste ekspedition er at studere, hvordan luftbårne molekyler og partikler påvirker skyformationer i Arktis. I dette interview, hun taler til os fra frontlinjen om at leve og arbejde i dette ekstreme miljø, hvordan det er at gå ud på isflagen, og målene og metoderne for hendes forskning. Det komplette interview kan snart læses på EPFL Out there-webstedet.

Hvordan er det at bo og arbejde på isen?

"Uforudsigelig. Islandskabet ændrer sig ofte og nye revner, ledninger og kamme dannes natten over, ofte forhindrer os i at nå vores forskningssteder på isen. Afhængigt af hvor alvorlige ændringerne er, vi skal måske gå på spejder efter en ny rute eller omlægge de aktiviteter, vi havde planlagt. Nogle gange bliver isen dynamisk i løbet af dagen, mens vi er ude. Når det sker, enten skal vi holde godt øje med vores vej tilbage til skibet eller også bliver vi kaldt tilbage af broen, hvor ombord-teamet koordinerer og overvåger aktiviteter ude på isen. Inden vi går ud, vi udfylder altid en turlog med detaljer om, hvem der skal hvorhen, hvilket udstyr de har på sig, og – vigtigst af alt – hvem der fungerer som isbjørnevagten. De fleste af os er kvalificerede isbjørnevagter, en rolle, der involverer at holde et permanent udkig, mens vores kollegaer arbejder. Vi bærer en afbrændingspistol for at skræmme alle bjørne væk, samt en riffel til at bruge, hvis et dyr nærmer sig os for hurtigt. Den 23. april, vi så den første bjørn på vores isflage siden vi ankom i begyndelsen af ​​marts.

Miljøet er bare smukt. Det var stadig mørkt, da vi ankom, med kun et stykke dagslys i horisonten. Forskningsstederne på isflagen så langt væk, men de var nemme at nå over flad is. Nu, med solen op 24 timer i døgnet, alt virker meget tættere på. Men at flytte rundt er meget sværere, fordi der er dannet mange ledninger og revner, især mellem skibet og vores teams hovedforskningssted. Med temperaturer omkring –20°C, åbne ledninger fryser relativt hurtigt - omkring 6 cm på en dag. Sommetider, kamme dannes, når åbne ledere lukker sig, og vi kan ende med at blive omgivet af is, der stiger op til 6 meter højt på blot et par timer. Lejlighedsvis, vi kan høre isen bevæge sig, og hvis det sker hurtigt, vi kan også se det. Det er også fascinerende at se frostblomster vokse. Vi prøver dem for at lære om deres biogeokemi.

Og hvad med vejret?

Vi har oplevet hele spektret af arktiske vejrforhold i vores tid her. Vi har haft vedvarende lave temperaturer på –40°C, hvilket gør arbejdet udendørs meget udfordrende og gør noget af skibets udstyr ubrugeligt. marts var særlig stormfuld, med hård vind og enkelte komplette whiteouts. Forholdene er faldet til ro for nylig, selvom. Vi har klar himmel, solskin og let vind - meget som vinteren i Alperne. Nu hvor vi er drevet under 84°N, varm luftmasseindtrængning fra Atlanterhavet presser temperaturer så højt som 0°C, medfører overfladesmeltning og regn.

Hvilke prøver indsamler du og hvorfor?

Jeg studerer, i hvilket omfang naturlige og menneskelige emissioner ændrer lavniveau arktiske skyer. Disse skyer spiller en afgørende rolle i opretholdelsen af ​​Arktis energi- og massebalancer, fordi de reflekterer og absorberer stråling, og fordi de bidrager til snedække gennem nedbør. Generelt, skyer dannes kun i nærvær af skykondensationskerner eller iskernedannende partikler. Disse er en undergruppe af aerosolpartikler, der kan stamme fra naturlige kilder såsom havspray, emission af planteplankton eller snefygning, men også fra menneskelige aktiviteter såsom forbrænding af fossile brændstoffer, andre industrielle emissioner og landbrug.

Vi kan bruge vores indbyggede instrumentering til at karakterisere aerosolpartikler med hensyn til deres mikrofysiske og kemiske egenskaber. Variabler såsom talkoncentration, partikelstørrelsesfordeling, hygroskopicitet, kemisk sammensætning og fluorescens hjælper os med at forstå deres oprindelse – naturligt eller menneskeligt – og deres potentielle virkninger på skyer. Vores endemål er at forstå, hvor langt naturlige versus menneskeskabte processer bidrager til skydannelse og til energibalancen i Arktis, og hvordan dette kan ændre sig, efterhånden som det såkaldte "New Arctic" udvikler sig, og menneskelige emissioner ændrer sig i fremtiden. Ultimativt, denne information kan bruges i arktiske klimaændringsscenarier.

Hvad har du lært om den arktiske luft indtil videre?

Ved at se på data, Jeg får et næsten realtidsbillede af atmosfærens sammensætning. Når luftmasser kommer nordfra – fra højarktis – ældes aerosolbestanden, betyder flere dage til uger gamle, og består hovedsagelig af svovlsyre. Dette er et almindeligt vinterfænomen kendt som arktisk dis, når svovldioxidemissioner - hovedsagelig fra menneskelig aktivitet på mellem- og høje breddegrader - akkumuleres i løbet af vinteren. Disen begyndte at dannes tilbage i november. I første omgang, koncentrationen var omkring 50 partikler pr. kubikcentimeter. Nu er det steget til 200.

Under stormfulde forhold, salt sne løftes op i luften, hvor den danner aerosolpartikler. Antallet af partikler afhænger af flere faktorer, herunder sneens mikrostruktur, hvor vindpresset det var, og dens overfladeruhed. Fordi disse partikler udgør en betydelig andel af den samlede aerosolpopulation, de spiller sandsynligvis en vigtig rolle i skydannelse.

Når luftmasser ankommer fra syd, imidlertid, alle disse variabler er forskellige. Partiklerne er blevet behandlet af skyer, og afviger i oprindelse, størrelse og kemisk sammensætning. Midt i april er det tidspunkt, hvor planteplankton blomstrer i Atlanterhavet. Disse blomster udsender dimethylsulfid, som omdannes til methansulfonsyre - et sporstof, som vi nu ser i aerosolpartiklerne. Vi har også fundet halogener - jodsyre og brom - i aerosolpopulationen. Disse er mere lokale af oprindelse, og er forbundet med snekemi og UV-stråling. Og, selvfølgelig, vi ser også udstødningspartikler fra skibet, skidoos og helikoptere. De har en karakteristisk signatur, der adskiller dem fra andre aerosoltyper.

Har du personligt observeret ændringer i det arktiske klima?

Det er et svært spørgsmål. I don't have a reliable benchmark because this is the first time that I, like many other members of the team, have been this far north at this time of year. Generally speaking, we didn't anticipate observing so much mobile ice so early in the year. We expected to see a much more consolidated ice pack. But this might not necessarily be a sign of climate change. What was striking, imidlertid, was that precipitation fell as rain instead of snow when Atlantic air masses arrived in mid-April.

Is the COVID-19 crisis affecting life on an Arctic research vessel?

Ja, definitely. It's affecting us in two main ways. Først, we're all hearing news from home about how the world has changed and what it means for our families, friends and colleagues. It's a real cause for concern and we talk about the pandemic a lot. Sekund, the outbreak has disrupted the crew changeover schedule. It's taken us several weeks to figure out our options, given the travel restrictions in force around the world. Despite the delays and uncertainty around when we'll return home, I'm happy to report that crew morale is high. We've grown together as a fantastic team of scientists who communicate openly and look out for each other. It's also made my job much easier, as one of the five science team leaders on board.

As someone who's used to spending long periods on boats, how are you coping with living under lockdown?

I'd hardly call this a lockdown. We have a lot more freedom than people back at home. We can still work, go out, hold social gatherings, exercise and eat together. Selvfølgelig, we can't travel far from the ship and our activity options are limited. But you don't really notice those things when you're surrounded by such a fascinating environment, making friends and building new working relationships. Alt i alt, it's been an immensely satisfying and rewarding experience."