O jakiej misji mówimy?
127 lat temu wyruszył w podróż norweski podróżnik i odkrywca Fridtjof Nansen
Ideą misji było odtworzenie historycznej podróży norweskiego polarnika.
NazwaMozaika(Interdyscyplinarne Obserwatorium Dryfu dla Badań nad Klimatem Arktyki) odzwierciedla złożoność i różnorodność tej wyprawy.
W rzeczywistości MOSAiC jest pierwszym całorocznymwyprawa do środkowej Arktyki badająca system klimatyczny regionu. Projekt, o całkowitym budżecie ponad 140 milionów euro, został opracowany przez międzynarodowe konsorcjum wiodących instytutów badań polarnych, kierowane przez Instytut Alfreda Wegenera i Centrum Badań Polarnych i Morskich im. Helmholtza (AWI).
Czego badała misja?
Statek Polarstern spędził rok na polarnej północy. Nawiasem mówiąc, przez większość tego czasu jego silniki były wyłączone. W rezultacie mógł po prostu dryfować po lodzie morskim. Dzięki temu gromadzenie danych było dokładniejsze, a sama misja bardziej zrównoważona.
Czego więc naukowcy chcieli się dowiedzieć? Eksperci zajmowali się nie tylko klimatem Arktyki, ale eksperci starali się dokładnie zrozumieć, jak się on zmienia.
Międzynarodowi eksperci przeprowadzili badania w 5 głównych obszarach zainteresowań. Studiował w różnych laboratoriach naukowychatmosfera, ocean, lód morski Iekosystem Arktyczny.
Atmosfera
Konsekwencje nigdzie indziej na naszej planeciezmiany klimatyczne nie są tak duże i oczywiste jak w Arktyce. Zrozumienie tych efektów jest głównym celem pomiarów, które zostaną wykonane podczas wyprawy MOSAiC. Pomiary prowadzono od powierzchni lodu do górnych warstw stratosfery na wysokości 35 km.
Źródło
Naukowcy zwrócili szczególną uwagęprocesy lokalne na małą skalę na powierzchni lodu i oceanu, charakterystyka chmur arktycznych. A także, jak różne rodzaje chmur wpływają na światło słoneczne i emitują własne promieniowanie cieplne. Eksperci zbadali także opady śniegu w Arktyce: jak śnieg tworzy się w chmurach i jak na ten proces wpływają drobne cząsteczki i kropelki aerozolu w atmosferze regionu.
Zawsze małypęknięcie, duża ilość ciepła i pary wodnej wnika w głąb atmosfery, ogrzewając ją. A dzięki zmianom klimatycznym pęknięcia te powstają znacznie częściej. Ponadto para wodna uciekająca przez pęknięcia powoduje tworzenie się chmur, które z kolei dramatycznie zmieniają równowagę termiczną Arktyki. To, czy wywołują efekt ocieplenia, czy ochłodzenia, zależy od wysokości i charakterystyki danej chmury - tego właśnie próbowali odkryć naukowcy. Ponadto byli zainteresowani tym, czy te chmury składają się głównie z kryształków lodu, czy, pomimo niskich temperatur w środkowej Arktyce, z kropelek ciekłej wody?
Ocean
W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat badaczewielokrotnie badali Ocean Arktyczny i na przykład temperaturę wody czy prądy na różnych głębokościach. Jednakże prace badawcze polegały głównie na sporadycznych wizytach lodołamaczy w regionach lub krótkich lotach badawczych w miesiącach letnich. W związku z tym większość danych zebrano w ciągu zaledwie kilku (letnich) miesięcy. Podczas wyprawy MOSAiC naukowcom po raz pierwszy udało się śledzić szeroki zakres parametrów fizycznych przez cały rok, korzystając z rozproszonej sieci utworzonej na krze lodowej.
Jedno z głównych zadań badawczych,który został dostarczony przez MOSAiC, aby lepiej zrozumieć, jak ewoluuje lód morski. Praca oceanografów była szczególnie skoncentrowana na cyrkulacji oceanu w górnych warstwach wody. Mianowicie, na wielkoskalową cyrkulację prądów oceanicznych, które niosą ogromne ilości wody do i z Arktyki.
lód
Zmiana klimatu przekształca Arktykęlód morski. Dziś jest cieńszy, młodszy i bardziej podatny na znoszenie niż tradycyjny wielosezonowy lód pakowy o grubości kilku metrów. Ale lód to nie tylko wyraźnie widoczna bariera między oceanem a atmosferą; ma również duży wpływ na różne procesy zachodzące w nich obu.
Ponadto oddziałuje lód morskiekosystem arktyczny oraz substancje produkowane przez organizmy arktyczne. One z kolei kontrolują procesy biogeochemiczne w całym systemie regionu. W świetle tych złożonych relacji nasuwa się istotne pytanie: biorąc pod uwagę zmiany w lodzie, jak zmienia się klimat w Arktyce i jak wpłynie to na klimat w innych częściach Ziemi?
Źródło
W związku z tym lód morski jako centralnyelement klimatu i ekosystemu Arktyki stał się jednym z głównych kierunków badań wyprawy MOSAiC. Po raz pierwszy naukowcy mieli możliwość ciągłego śledzenia zmian w lodzie w każdym sezonie.
Oto główne pytania, które zadali naukowcy
- Kiedy lodowe grzbiety lub kanały tworzą lód? W jaki sposób prądy oceaniczne i wiatry w atmosferze powodują dryfowanie lodu?
- Jak zmieniają się lokalne i regionalne wymianyenergia przy zmianie grubości i właściwości śniegu i lodu morskiego? Jak zmiany w poszczególnych sezonach wpływają na ogólny bilans roczny? A jak te procesy i zmiany wyglądają na satelitach i w badaniach modelowych?
- Jakie kroki należy podjąć, aby poprawićzrozumieć stan lodu morskiego i ostatecznie dokonać lepszych prognoz? Badania te bezpośrednio łączą ustalenia oceanografów i stanowią z kolei podstawę badań prowadzonych przez zespół atmosferyczny.
Ekosystem
Środkowa część Oceanu Arktycznego -jedno z najbardziej ekstremalnych siedlisk na Ziemi. Miesiące całkowitej ciemności, ujemne temperatury wody i lód morski przez większą część roku to jedne z wielu wyjątkowych warunków naturalnych występujących w regionie. Chociaż z ludzkiego punktu widzenia wszystkie te zjawiska wydają się ekstremalne, Ocean Arktyczny jest domem dla tysięcy gatunków drobnych roślin (mikroalg) i zwierząt. Żyją w lodzie morskim lub są z nim związane w słupie wody (plankton), a także w wodach i na dnie morskim.
Chociaż w ciągu ostatnich dziesięcioleci udało się osiągnąćznaczący postęp w badaniach ekosystemu Arktyki, zrozumienie jego funkcjonowania pozostaje ważnym wkładem naukowców z MOSAiC. Całoroczne pobieranie próbek i prace eksperymentalne biologów dostarczyły wyjątkowego zrozumienia całej sieci troficznej i znaczenia jej członków.
Aby lepiej zrozumieć unikalny ekosystemregionie biolodzy MOSAiC pobrali próbki lodu i wody, korzystając z szerokiej gamy instrumentów. Przeprowadzono wiele eksperymentów w celu zbadania interakcji sieci troficznej i reakcji na zmiany środowiskowe.
Zrozumienie ekosystemu Arktyki ma terazkrytyczne, ponieważ Ocean Arktyczny przechodzi dramatyczne zmiany środowiskowe z utratą lodu morskiego latem i wzrostem temperatury wody. Badania przeprowadzone przez MOSAiC są kamieniem milowym w kształtowaniu kolejnych dziesięcioleci badań biologicznych mórz w Arktyce, a ich wyniki mogą kierować społeczeństwo we właściwym kierunku przy podejmowaniu strategicznych decyzji dotyczących zmian klimatu.
Czego się dowiedziałeś?
Na pokładzie RV Polarstern i na lodzie morskim obokw tzw. obozie lodowym stworzył wielkoskalowe ośrodki badawcze poświęcone kluczowym aspektom wspólnego systemu klimatycznego Arktyki.
Przywódca wyprawy, profesor Markus Rex, powrócił z ważnym ostrzeżeniem dla ludzkości. „Lód morski umiera” - ostrzegł.
„Ten region jest w niebezpieczeństwie. Mogliśmy zobaczyć, jak lód znika nawet w miejscach, gdzie powinien mieć kilka metrów grubości, nawet na samym biegunie północnym - tego lodu już nie ma ”- powiedział naukowiec z Instytutu Alfreda Wegenera podczas konferencji prasowej w Bremerhaven ...
Źródło
Latem badacze byli o tym osobiście przekonanidramatyczny wpływ globalnego ocieplenia na lód w regionie, który według przywódcy misji Marcusa Rexa jest uważany za „epicentrum zmian klimatycznych”.
„Widzieliśmy szerokie połacie otwartej wody,sięgający prawie do bieguna, otoczony lodem, podziurawiony dziurami powstałymi w wyniku masywnego topnienia ”- wyjaśnia Rex. Jego główny wniosek, który każdy powinien usłyszeć: „Arktyczny lód znika z ogromną prędkością”. Obserwacje naukowców zostały potwierdzone przez zdjęcia z satelitów w USA, pokazujące, że w 2020 roku lód Arktyki osiągnął drugie najniższe minimum w lecie odnotowane od 2012 roku.
Analiza próbek misji
Misja Polarstern, nazwana MOSAIC,spędził łącznie 389 dni, zbierając dane o atmosferze, oceanie, lodzie morskim i ekosystemach, aby pomóc ocenić wpływ zmiany klimatu na region i świat. Aby przeprowadzić badania lodu morskiego, w promieniu do 40 km wokół statku zainstalowano cztery punkty obserwacyjne.
Badacze pobierają próbki wody spod loduw noc polarną, aby zbadać plankton roślin i bakterii oraz lepiej zrozumieć, jak ekosystem morski funkcjonuje w ekstremalnych warunkach. Wyprawa o wartości 140 milionów euro (165 milionów dolarów) przyniosła również na brzeg ponad 1000 próbek lodu.
Teraz, gdy zbliża się Arctic OdysseyW końcu rozpocznie się poważna praca nad analizą próbek i danych uzyskanych lub zarejestrowanych w terenie. Proces analizy potrwa do dwóch lat. Głównym celem jest opracowanie modeli, które przewidują, jakie fale upałów, ulewne deszcze lub burze będą miały miejsce za 20, 50 lub 100 lat.
„Aby zbudować modele klimatyczne, potrzebujemynadzór na miejscu ”- wyjaśniła Radians Kalmer, badaczka z University of Colorado, która przebywała na pokładzie Polarstern od czerwca do września w wywiadzie dla AFP. Zespół wykorzystał drony do pomiaru temperatury, wilgotności, ciśnienia i prędkości wiatru, aby stworzyć obraz warunków w regionie, który byłby „bardzo przydatny przy tworzeniu dokładnego modelu klimatycznego” - powiedziała.
Trudności w misji
Od chwili wypłynięcia statku z Tromsø,Norwegia, 20 września 2019 roku, zespół obserwował długie miesiące całkowitej ciemności z temperaturami dochodzącymi do -39,5 stopni Celsjusza. Ponadto uczestnicy misji zauważyli około 20 niedźwiedzi polarnych. Znikome jak na tak rozległy obszar badań i wieloletnich obserwacji.
Wiosną misja została prawie przerwana z powodu pandemiiKorona wirus. Jednak COVID-19 tylko na krótko przerwał wyprawę, ale nie dlatego, że uczestnicy zachorowali. Ograniczenia zmusiły statek w pewnym momencie do opuszczenia lodu, aby udać się na kolejną zmianę naukowców. Inne statki i samoloty miały zabrać uczestników bezpośrednio na Polarstern, ale międzynarodowe ograniczenia w podróżowaniu sprawiły, że na początku i połowie tego roku było to prawie niemożliwe.
Podczas wyprawy kilkasetbadacze z 20 krajów spędzili czas na pokładzie niemieckiego statku, który płynął z lodem po trasie wiatru, zasadniczo dryfując przez lodowce. Sama podróż była ogromnym wyzwaniem logistycznym. Należy również zwrócić uwagę na problem z wyżywieniem załogi. W ciągu pierwszych trzech miesięcy ładunek statku składał się z 14 000 jaj, 2 000 litrów mleka i 200 kg brukwi.
Jednak szef kuchni statku Sven Schneider stwierdził, że onnie lekceważył znaczenia swojej roli w misji. „Moim zadaniem było utrzymanie morale 100 osób żyjących w całkowitej ciemności” - powiedział w wywiadzie dla niemieckiego tygodnika „Die Zeit”.
Jaką przyszłość ma Arktyka dla ludzkości?
Kierownik wyprawy profesor Markus określił projekt MOSAiC jako ogromny sukces.
Wyjaśnił, że masa danych i próbki tonależący obecnie do naukowców, stworzy dokładną symulację. Naukowcy używają go do przewidywania przyszłych zmian klimatu, które będą znacznie bardziej wiarygodne.
Według niego naukowcom z MOSAiC udało się pokazać wewnętrzne działanie skomplikowanego zegarka.
„Rozważyliśmy wszystkie elementy aż do różnychśruby tego systemu arktycznego. A teraz rozumiemy cały ruch lepiej niż kiedykolwiek wcześniej. A może uda nam się odtworzyć ten system arktyczny na modelu komputerowym ”- powiedział dziennikarzom BBC.
Pływający lód cofnął się do obszaru nieco poniżej 3,74mln mkw. km (1,44 miliona mil kwadratowych). Jedyny przypadek przełamania tego minimum miał miejsce w 2012 r., Kiedy powierzchnia paku lodowego została zmniejszona do 3,41 miliona kilometrów kwadratowych.
Trend spadkowy wynosi średnio około 13% w ciągu dekady we wrześniu.
„To odzwierciedla ocieplenie w Arktyce” - podsumowujeProfesor Rex. „Lód znika, a jeśli za kilka dekad będziemy mieli Arktykę wolną od lodu, będzie to miało poważny wpływ na klimat na całym świecie”.
Jak poszła misja?
Statek Polarstern był przez rokcentrum największej w historii wyprawy eksploracyjnej Arktyki, spędzającej cały rok w labiryncie masywnego lodu arktycznego. Statek badawczy, okręt flagowy Instytutu Alfreda Wegenera, zakończył swoją misję i stał się symbolem zarówno niemieckich, jak i międzynarodowych badań polarnych.
Pierwotnie oddany do użytku w 1982 rroku Polarstern pozostaje jednym z najnowocześniejszych i najbardziej wszechstronnych polarnych statków badawczych na świecie. W latach 1999-2001 statek został całkowicie odnowiony i obecnie jest wyposażony w najnowocześniejszy sprzęt i technologię.
Po przejechaniu około 50 000 mil morskich rocznie,Polarstern podjął badania naukowe, a także zaopatrzył stacje badawcze w Instytucie Alfreda Wegenera, takie jak Stacja Neumayer III. Jest to instytut badawczy na Antarktydzie, obsługiwany przez cały rok. Do 2019 roku Polarstern pokonał ponad 1,7 miliona mil morskich, czyli około 3,2 miliona km.
Licencja CC
Tandem Polarstern i MOSAiC
Nawet dla niezawodnego Polarsterna i jego doświadczeniazespołu wyprawa MOSAiC stanowiła poważne wyzwanie. Tylko dzięki specjalnym szczegółom technicznym statek ten mógł stać się centrum wyprawy o tak zakrojonej na szeroką skalę misji. Polarstern jest w stanie pracować nie tylko w strefie paku lodowego – lodu morskiego o grubości co najmniej 3 m, który istnieje przez ponad 2 roczne cykle wzrostu i topnienia. W postaci rozległych pól lodowych obserwowany jest głównie w basenie Arktyki. Krótko mówiąc, wieloletni lód.
Dzięki dwuściennemu stalowemu kadłubowi i mocy 20 000 koni mechanicznych Polarstern z łatwością przebija się przez grube warstwy lodu poprzez taranowanie.
Wyposażony do długotrwałych operacjiprzy arktycznych temperaturach zimowych dochodzących do –50 ° C, Polarstern jest również w stanie wytrzymać zimę w lodzie mórz polarnych. Jednak na statku, na którym pracuje i mieszka około 100 naukowców, techników i członków załogi MOSAiC, wcale nie jest zimno.
Również Polarstern miał różnepojazdy - helikoptery, skutery śnieżne, pistenbullies itp. Pozwoliło to naukowcom na pomiary i zebranie danych nie tylko w centralnym obserwatorium, ale także w zdalnej sieci rozproszonej. Najnowocześniejsze systemy komputerowe pokładowe zapewniały niezawodne i regularne rejestrowanie, przechowywanie i przesyłanie wszystkich zebranych danych naukowych.
Czytaj także
Badania: Ekologia Ziemi zmieniła się dramatycznie w ciągu ostatnich 70 lat
Naukowcy zmienili konstrukcję baterii słonecznej i zwiększyli jej wydajność o 125%
W 3. dniu choroby większość pacjentów z COVID-19 traci zmysł węchu i często cierpi na katar