Unikt udsyn til det nye Arktis:International MOSAiC -ekspedition med succes gennemført

Bremerhaven/Leipzig. Med Polarsternens tilbagevenden, tidenes største arktiske ekspedition er nået til en succes. I mere end et år, den tyske forskningsisbryder rejste i 5 krydstogtben med mere end 400 mennesker fra 20 lande for at undersøge klimaændringernes epicenter mere præcist end nogensinde før. I slutningen af ​​ekspeditionen, som koster omkring 140 millioner euro, Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI), kom til en positiv konklusion:trods alle de uforudsigelige vanskeligheder, det var lykkedes at fremme viden om Jordens klimasystem og dets ændringer med et afgørende skridt.

Set fra Leipzigs synspunkt, det komplekse projekt var også vellykket:alle 7 deltagere fra Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) og Leipzig University er tilbage ved godt helbred og med værdifulde klimadata. To måleprogrammer, der er centrale for forskning i den arktiske atmosfære, kunne udføres fuldt ud på trods af ekstreme vejrforhold og corona:En lidar med flere bølgelængder scannede luftlagene over Polarstern under hele ekspeditionen. På 369 dage, 640 millioner laserpulser gik til himlen, og der blev indsamlet 112 gigabyte data. I juli, MOSAiC -atmosfæreteamet var i stand til at måle det laveste luftlag over den smeltende isflage med en ballon i fangenskab. Inden for et stramt tidsvindue, 33 ballonopstigninger blev opnået, hvor i alt 31, 725 meter reb blev viklet og spolet tilbage. Ballonmålingerne fra TROPOS og Leipzig Universitet er særlig vigtige for at forstå den polare atmosfære under smeltefasen, fordi målingerne oprindeligt planlagde parallelt med fly fra Spitsbergen måtte udskydes til efteråret på grund af corona -pandemien.

"Vi er glade for, at de ambitiøse planer i det væsentlige er blevet realiseret på trods af alle vanskelighederne. Et højdepunkt er bestemt indsigt i troposfæren på Nordpolen i løbet af vinteren med vores lidar. Ingen har nogensinde været i stand til at observere det så langt nordpå i løbet af polaraften fra MOSAiC, "siger prof. Andreas Macke, Direktør for TROPOS. Evalueringen af ​​dataene er stadig i fuld gang, men der er tegn på, at det samme gælder atmosfæren som for isen på jorden:"Meget tyder på, at atmosfæren i Arktis allerede har ændret sig markant. Vi har set mere røg end forventet. De enorme skovbrande påvirker tilsyneladende polarområderne. Selv disse engang uberørte områder ser ud til at have nået "Pyrocene." Imidlertid, det vil tage måneder, før der foreligger konkrete resultater, under hvilke dataene skal undersøges, analyseret og diskuteret, før de endelig kan offentliggøres. "Det faktum, at vi har målt både atmosfæren og energibalancen på jorden over et komplet arktisk år, vil i høj grad bidrage til vores forståelse af den arktiske opvarmning, "tilføjer Macke.

I øjeblikket, glæden over, at mennesker og teknologi har overlevet belastningerne, opvejer godt. Også hos Dr. Ronny Engelmann, forsker og laserekspert fra TROPOS, der er ansvarlig for fjernmålingerne inden for OCEANET -projektet på Polarstern:"Det var fascinerende at opleve Arktis om vinteren og få lov til at være i en region, hvor kun få mennesker har været før på denne tid af året. Som en videnskabsmand, Det er jeg glad for, takket være god pleje fra mine kolleger, vores udstyr har kunnet holde i et år og har også overlevet den ekstreme kulde på polarnatten med temperaturer ned til -40 grader Celsius uden fejl. Erfaringerne fra de sidste ti år, hvor vores OCEANET -container har været ombord på Polarstern, har været en stor hjælp. Uden stabil teknologi, vi ville aldrig have vidst, hvilke støvlag der havde bevæget sig over Arktis, "fysiker Engelmann ser tilbage. Lidaren var i drift fra 28. september 2019 til 2. oktober 2020 uden væsentlige fejl. Dette blev sikret af Dr. Ronny Engelmann, Hannes Griesche, Martin Radenz, Julian Hofer og Dr. Dietrich Althausen, hvoraf nogle brugte op til fire måneder på krydstogtets fem sektioner. Selvom fjernbetjeningsinstrumenterne for det meste kører automatisk, de har brug for regelmæssig vedligeholdelse:flashlamperne, der udsender laserpulser, skulle skiftes fem gange, for eksempel, eller 60 liter flydende nitrogen skulle udskiftes hver gang mikrobølgeradiometeret blev kalibreret. Sammen med andre instrumenter som strålingsmålere, sky kamera, regnmåler og fotometer på OCEANET -målebeholderen fra TROPOS, i alt mere end halvanden terabyte data blev indsamlet og omkring 60, 000 kWh el blev forbrugt.

Mens fjernmåleinstrumenterne på fordækket af Polarstern praktisk talt kunne køre hele ekspeditionen, holdene på isen havde kun et kort tidsvindue hver, som skulle bruges så effektivt som muligt. Ballonholdet fra TROPOS og Leipzig University kunne arbejde på isen i alt 37 dage. Takket være støtte fra andre teams, 33 ballonopstigninger blev opnået, hvori BELUGA bundet ballon, som var på størrelse med en bus, kunne måle aerosolpartikler, stråling og meteorologiske parametre op til 1500 meters højde over isen. For at fylde ballonen flere gange, 474 kubikmeter helium blev forbrugt og huller op til 6 meter dybe skulle bores i isen, der optøede til isankerne. "Vores tid på isen var kort, men intens. De mange smeltedamme og hyppige isbjørnbesøg krævede meget improvisation. På grund af støtten fra hele MOSAiC -teamet var vi i stand til at mestre vanskelige situationer. Dette gjorde vores ballonmålinger til en stor holdindsats fra et fantastisk hold, som jeg vil huske i lang tid fremover, "sagde Christian Pilz fra TROPOS. De lodrette profiler, som Pilz registrerede sammen med strålingsmålingerne fra sin kollega Michael Lonardi fra Leipzig Universitet, vil give vigtig indsigt i den lavere atmosfære i sommerarktet. F.eks. holdet var i stand til at registrere temperaturer på 14 grader Celsius i 300 meters højde, selvom temperaturen på jorden kun var lige over frysepunktet. Uden sådanne målinger på stedet, det ville ikke være muligt at estimere luftlagenes indflydelse på jorden på optøning af havis.

Oprindeligt var det planlagt at studere atmosfæren nær jorden over MOSAiC-isflaget ved at binde ballonen og de højere lag med fly i forsommeren. Imidlertid, på grund af corona -pandemien, flyvninger via Spitsbergen var ikke mulige på det tidspunkt. Udbud og personaleudveksling skulle organiseres med forskningsfartøjer fra Tyskland, og flykampagnen måtte udskydes til september. "Målingerne med den bundne Leipzig-ballon er derfor vigtige in-situ aerosolmålinger ved MOSAiC i dette luftlag, hvilket er meget vigtigt for klimaet i Arktis, "understreger Andreas Macke fra TROPOS, "Som en atmosfærisk forsker, Jeg er især glad for, at ballonforsøget lykkedes for anden gang efter 2017 og gav meget værdifulde data. "

I september 2020, det tyske forskningsfly Polar 5 og Polar 6 i AWI var det første udenlandske fly, der startede fra Longyearbyen lufthavn for flere måleflyvninger fra Spitsbergen til det centrale Arktis for at studere atmosfæren i forbindelse med MOSAiC siden corona lockdown:"Med de omfattende målinger af stråling og partikler, vi vil finde ud af, hvordan skyer i Arktis påvirker opvarmningen på jorden. I de seneste år, Arktis har varmet mere op end nogen anden region på jorden. De involverede feedbackmekanismer er meget komplekse og endnu ikke tilstrækkeligt forstået. Denne viden er vigtig, imidlertid, hvis klimamodeller skal kunne estimere, hvor hurtigt klimaet der vil ændre sig, selv for regionen omkring Nordpolen, "forklarer prof. Manfred Wendisch fra Leipzig Universitet, som også er talsmand for Collaborative Research Center "Arctic Climate Change" i German Research Foundation (DFG). Netværket omfatter universiteterne i Bremen, Köln og Leipzig samt AWI i Bremerhaven og TROPOS i Leipzig. Formålet med forskningsnetværket er at observere de dramatiske klimaændringer i Arktis ved hjælp af forskellige metoder for at forbedre modellernes pålidelighed og muliggøre mere præcise forudsigelser om yderligere opvarmning i Arktis. MOSAiC -ekspeditionen vil yde et væsentligt bidrag til dette og vil blive intensivt evalueret af alliancepartnerne i de kommende måneder.

"Jeg er meget tilfreds med, hvordan MOSAiC -ekspeditionen skred frem, og sikke en fuldstændig succes. Gennem ekspeditionen, vi kan levere de klimadata og observationer, som menneskeheden så presserende har brug for for at træffe grundlæggende og presserende politiske beslutninger om klimabeskyttelse, "sagde prof. Markus Rex, Ekspeditionsleder og leder af MOSAiC -projektet, Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI). "Vi har set, hvordan den arktiske is dør. Om sommeren selv på Nordpolen, det var præget af omfattende smeltning og erosion. Hvis vi ikke gør en umiddelbar og omfattende indsats for at bekæmpe klimaopvarmningen, vi ser snart isfrie arktiske somre, som vil få uoverskuelige konsekvenser for vores eget vejr og klima. Selvom det centrale arktiske område i dag stadig er et fascinerende, frosset landskab om vinteren, isen er kun halvt så tyk som den var for 40 år siden, og de vintertemperaturer, vi stødte på, var næsten altid ti grader varmere, end hvad Fridtjof Nansen oplevede på sin banebrydende arktiske ekspedition for mere end 125 år siden. "

Den 20. september 2019 afgik Polarstern fra den norske havn i Tromsø, på vej mod det centrale arktiske område, epicenter for klimaforandringer. En gang der, skibet lod sig selv blive fanget i isen, og begyndte en et år lang drift over Nordpolen, fuldstændig prisgivet af naturkræfter - ruten og hastigheden blev udelukkende bestemt af isdriften, drevet af vind og strøm. Over ekspeditionens fem krydstogtben, i alt 442 forskere, Besætningsmedlemmer fra Polarstern, unge efterforskere, lærere og pressemedlemmer deltog. Syv skibe, flere fly og mere end 80 institutioner fra 20 lande var involveret. Forskerne, der stammer fra 37 lande, havde et fælles mål:at undersøge komplekse interaktioner i klimasystemet mellem atmosfæren, is og hav, for bedre at repræsentere dem i klimamodeller. De udforskede også livet i det centrale arktiske område i et helt år. Nu er de vendt hjem med et væld af indtryk fra det hurtigt transformerende Arktis, og med en skattekiste af data uden sidestykke som en hel generation af klimaforskere vil fokusere på at analysere.

Set fra Leipzigs perspektiv, den næste store målekampagne i Arktis vil være "HALO (AC)" mission med det tyske forskningsfly HALO og Polar 6 i foråret 2022. Den bundne ballon BELUGA, på den anden side, vil allerede vende tilbage til den arktiske himmel i sensommeren 2021 - hvis pandemiske forhold tillader det. Denne gang, imidlertid, fra fast grund i forskningsbyen Ny-Ålesund på Spitsbergen.