Про яку місії йдеться?
127 років тому норвезький дослідник і дослідник Фрітьоф Нансен вирушив у дорогу
Ідея місії полягала в тому, щоб відтворити історичне подорож норвезького полярного дослідника.
Ім'яMOSAiC(Міждисциплінарна дрейфуюча обсерваторія з вивчення арктичного клімату) відображає складність і різноманітність цієї експедиції.
По суті, MOSAiC - перша цілорічнаекспедиція в центральну Арктику, що вивчає кліматичну систему регіону. Проект із загальним бюджетом, що перевищує 140 млн євро, був розроблений міжнародним консорціумом провідних полярних дослідницьких інститутів на чолі з Інститутом Альфреда Вегенера і Центром полярних і морських досліджень імені Гельмгольца (AWI).
Що вивчала місія?
Корабель Polarstern провів рік на полярному півночі.До речі, більшу частину цього часу у нього були вимкнені двигуни. В результаті він міг просто дрейфувати по морському льоду. Це зробило збір даних більш точним, а саму місію більш екологічною.
Отже, що хотіли з'ясувати вчені? Їх турбував не лише кліматВ Арктиці експерти прагнули зрозуміти, як саме вона змінюється.
Міжнародні експерти провели дослідження за 5 основними напрямками інтересів.атмосфера, океан, морський лід іекосистема Арктики.
атмосфера
Більше ніде на нашій планеті наслідкизміни клімату не такі масштабні і очевидні, як в Арктиці. Розуміння цих ефектів - основна мета вимірювань, які будуть проводитися під час експедиції MOSAiC. Виміри проводилися від поверхні льоду до верхніх шарів стратосфери на висоті 35 км.
Target
Особливу увагу дослідники приділили дуже дрібномасштабним локальним процесам на поверхні льоду та океану, а також особливостям арктичних хмар.А також як різні типи хмар впливають на сонячне світлоТакож фахівці вивчили снігопади в Арктиці: як сніг вперше утворюється в хмарах і як це впливає на процескрихітні аерозольні частинки і краплі в атмосфері регіону.
Всякий раз, коли в льоду утворюється невеликатріщина, велика кількість тепла і водяної пари проникає глибоко в атмосферу, нагріваючи її. І завдяки зміні клімату ці тріщини утворюються набагато частіше. Більш того, водяну пару, що виходить через тріщини, викликає утворення хмар, які, в свою чергу, різко змінюють тепловий баланс Арктики. Надають вони зігріваючий або охолоджуючий ефект, залежить від висоти і характеристик відповідного хмари - ось що прагнули з'ясувати вчені. Крім того, їх цікавило, чи перебувають ці хмари в основному, наприклад, з кристалів льоду або, незважаючи на низькі температури в Центральній Арктиці, рідких крапель води?
океан
За останні кілька десятиліть дослідники неодноразово вивчали Північний Льодовитий океан і, наприклад, температуру води або течій на різних глибинах.Однак ця дослідницька робота в основному полягала в епізодичних відвідинах регіонів на криголамах або коротких дослідницьких польотах протягом літніх місяців.Відповідно, більша частина даних була зібрана всього за кілька (літніх) місяців.Під час експедиції MOSAiC вчені вперше змогли відстежити широкий спектрфізичні параметри протягом року за допомогою розподіленої мережі, створеної на крижині .
Однією з центральних дослідницьких завдань,яка була поставлена MOSAiC, надати краще розуміння того, як еволюціонує морський лід. Робота океанографів була особливо зосереджена на циркуляції океану в верхніх шарах води. А саме на великомасштабної циркуляції океанських течій, які переносять величезні кількості води в Арктику і з неї.
лід
Зміна клімату трансформує арктичнийморський лід. Сьогодні він тонше, молодше і більш схильний до дрейфування, ніж традиційний багатосезонною Паковий лід товщиною в кілька метрів. Але лід - це не просто чітко видимий бар'єр між океаном і атмосферою; він також має великий вплив на різні процеси, що відбуваються в них обох.
Крім того, морський лід взаємодіє зарктичної екосистемою і речовинами, виробленими арктичними організмами. Вони, в свою чергу, управляють биогеохимическими процесами у всій системі регіону. У світлі цих складних взаємозв'язків виникає нагальне питання: з огляду на зміни в льодах, як змінюється клімат в Арктиці і як це вплине на клімат в інших частинах Землі?
Target
Відповідно, морський лід як центральнийелемент клімату і екосистеми Арктики став одним з основних напрямків досліджень експедиції MOSAiC. Вперше у дослідників була можливість постійно відслідковувати зміни льоду протягом кожного сезону.
Ось основні питання, якими цікавилися вчені
- Коли утворюються тороси паків льоду або канали в льоду? Як океанські течії і вітри в атмосфері викликають дрейф льоду?
- Як змінюється місцевий і регіональний обміненергією при зміні товщини і характеристик снігового і морського льоду? Як зміни в відповідні сезони впливають на загальний річний баланс? І як ці процеси і зміни виглядають на супутниках і в модельних дослідженнях?
- Які кроки необхідно зробити, щоб кращезрозуміти стан морського льоду і, в кінцевому підсумку, скласти більш точні прогнози? Ці дослідження безпосередньо об'єднують висновки океанографів і, в свою чергу, є основою для досліджень, що проводяться командою за атмосферою.
екосистема
Центральна частина Північного Льодовитого океану - одне з найбільш екстремальних місцьМісяці повної темряви, мінусової температури води та присутності морського льоду протягом більшої частини року є одними з багатьох унікальних природних умов регіону.Хоча всі вони здаються екстремальними з людської точки зору, Північний Льодовитий океан є домом для тисяч видів крихітних рослин (мікроводоростей) і тварин.Вони живуть всередині морського льоду або прикріплені до нього в товщі води (планктон), а також у водах і на морському дні.
Хоча за останні десятиліття був досягнутийзначний прогрес у вивченні екосистеми Арктики, розуміння її функціонування залишається важливим внеском вчених MOSAiC. Цілорічний відбір проб і експериментальна робота біологів дали унікальне розуміння всієї харчової мережі та важливості її учасників.
Щоб краще зрозуміти унікальну екосистему регіону, біологи MOSAiC взяли зразки льоду та води, використовуючи широкий спектрБуло проведено багато експериментів для вивчення взаємодії харчових мереж і реакцій на зміну навколишнього середовища.
Розуміння екосистеми Арктики зараз маєвирішальне значення, оскільки в Північному Льодовитому океані відбуваються драматичні зміни навколишнього середовища з втратою річного морського льоду і підвищенням температури води. Дослідження MOSAiC стали важливою віхою у формуванні наступних десятиліть арктичних морських біологічних дослідженні, Крім того, результати можуть направити суспільство в правильному напрямку при прийнятті стратегічних рішень щодо зміни клімату.
Що вдалося з'ясувати?
На борту RV Polarstern і на морському льоду поруч зним, в так званому крижаному таборі, були створені великомасштабні дослідницькі центри, присвячені ключовим аспектам спільної кліматичної системи Арктики.
Лідер експедиції, професор Маркус Рекс, повернувся з важливим попередженням для людства. «Морський лід вмирає», - попередив він.
«Цей регіон знаходиться в небезпеці.Нам вдалося стати свідками того, як зникає лід навіть у тих областях, де він повинен був бути товщиною в кілька метрів, навіть на самому Північному полюсі - цього льоду більше немає », - заявив учений з університету Альфреда Вегенера під час прес-конференції в Бремерхафені .
Target
Влітку дослідники особисто переконалися вдраматичні наслідки глобального потепління для льоду в регіоні, який, за словами керівника місії Маркуса Рекса, вважається «епіцентром зміни клімату».
«Ми могли бачити широкі ділянки відкритої води,доходять майже до полюса, оточені льодом, який був пронизаний дірами, що утворилися в результаті масового танення », - пояснює Рекс. Його головний висновок, який варто почути всім: «Арктичні льоди зникають з величезною швидкістю». Спостереження дослідників були підтверджені знімками із супутників США, показують, що в 2020 році морський лід в Арктиці досяг другого найнижчого річного мінімуму за всю історію спостережень після 2012 року.
Аналіз зразків місії
Місія Polarstern, що отримала назву MOSAIC,витратила в цілому 389 днів на збір даних про атмосферу, океані, морському льоді і екосистемах, щоб допомогти оцінити вплив зміни клімату на регіон і світ. Для проведення досліджень на морському льоду були встановлені чотири спостережні пункти в радіусі до 40 км навколо корабля.
Дослідники зібрали проби води з-під льодуполярної ночі, щоб вивчити планктон рослин і бактерії і краще зрозуміти, як морська екосистема функціонує в екстремальних умовах. Експедиція вартістю 140 млн євро (165 млн доларів) також доставила на берег більше 1 000 зразків льоду.
Зараз, коли арктична Одіссея підходить докінця, почнеться серйозна робота з аналізу зразків і даних, отриманих або записаних на місці. Процес аналізу займе до двох років. Основна мета - розробка моделей, які передбачать, якими будуть хвилі тепла, сильні дощі або шторми через 20, 50 або 100 років.
«Щоб побудувати кліматичні моделі, нам потрібніспостереження на місці », - пояснила в інтерв'ю для AFP Редіанс Калмер, жінка-дослідник з Університету Колорадо, яка була на борту Polarstern з червня по вересень. За її словами, команда використовувала дрони для вимірювання температури, вологості, тиску і швидкості вітру, щоб створити картину умов в регіоні, яка буде «дуже корисна для створення точної кліматичної моделі».
складнощі місії
З моменту відправлення корабля з Тромсе,Норвегія, 20 вересня 2019 року, команда спостерігала довгі місяці повної темряви, температури до -39,5 за Цельсієм. Крім того, учасники місії помітили близько 20 білих ведмедів. Мізерно мало для такої великої галузі досліджень і роки спостережень.
Навесні місія була майже зірвана через пандеміюкоронавируса. Однак COVID-19 лише ненадовго перервав експедицію, але не через те, що учасники захворіли. Обмеження змусили корабель в якийсь момент покинути крижини, щоб відправитися за наступною зміною вчених. Інші кораблі і літаки повинні були доставити учасників прямо на Polarstern, але міжнародні обмеження на пересування зробили це практично неможливим на початку і середині цього року.
Під час експедиції кілька сотеньдослідників з 20 країн провели час на борту німецького корабля, який подорожував з льодом по вітровому маршруту, по суті, дрейфуючи через льодовики. Сама подорож було величезною логістичної проблемою. Важливо відзначити і проблему годування екіпажу. Протягом перших трьох місяців вантаж корабля включав 14 000 яєць, 2 000 л молока і 200 кг брукви.
Однак судновий кухар Свен Шнайдер, заявив, що вінНЕ недооцінив важливість своєї ролі в місії. «Моєю роботою було підтримувати моральний дух 100 чоловік, що живуть в повній темряві», - сказав він в інтерв'ю німецькій щотижневій газеті Die Zeit.
Яке майбутнє готує людству Арктика?
Лідер експедиції, професор Маркус назвав проект MOSAiC величезним успіхом.
Він пояснив, що маса даних і зразків, якимиЗараз володіють дослідники, створять точне моделювання. Його вчені використовують для прогнозу майбутнього зміни клімату, який буде набагато більш надійним.
За його словами, вченим MOSAiC вдалося ніби показати внутрішню роботу хитромудрих годин.
«Ми розглянули всі елементи аж до різнихгвинтів цієї арктичної системи. І тепер ми розуміємо весь годинниковий механізм краще, ніж будь-коли раніше. І, можливо, ми зможемо відтворити цю арктичну систему на комп'ютерній моделі », - заявив він репортерам BBC.
Плавучий лід відступив до площі трохи менше 3,74млн кв. км (1,44 млн кв. миль). Єдиний раз, коли цей мінімум був побитий, був 2012 рік, коли площа пакових льодів скоротилася до 3,41 млн квадратних кілометрів.
Тенденція до зниження становить близько 13% за десятиліття, в середньому за вересень.
«Це відображає потепління в Арктиці, - підсумовуєпрофесор Рекс. - Лід зникає, і якщо через кілька десятиліть у нас буде Арктика, вільна від льоду, це серйозно вплине на клімат у всьому світі ».
Як проходила місія?
Протягом одного року Polarstern корабель бувцентром найбільшої арктичної дослідницької експедиції за всю історію, проводячи повний річний цикл в лабіринті масивних арктичних льодів. Дослідницьке судно, флагман Інституту Альфреда Вегенера, завершивши свою місію, став символом як німецьких, так і міжнародних полярних досліджень.
Спочатку введений в експлуатацію в 1982 році, Polarstern досізалишається одним з найсучасніших і універсальних полярних дослідницьких кораблів у світі.У період з 1999 по 2001 рік корабель був повністю відремонтований і зараз оснащений новітнім обладнанням і технологіями.
Пройшовши близько 50 000 морських миль на рік,Polarstern провів наукові дослідження, а також поповнив запаси дослідних станцій Інституту Альфреда Вегенера - таких як станція Neumayer Station III. Це дослідний інститут в Антарктиці, який обслуговується круглий рік. До 2019 року Polarstern подолала понад 1,7 млн морських миль, що становить приблизно 3,2 млн км.
Ліцензія СС
Тандем Polarstern і MOSAiC
Навіть для надійної Polarstern та її досвідченого екіпажу експедиція MOSAiC стала серйозним викликом.Тільки завдяки особливим технічним деталям цей корабель зміг стати центром експедиції такої масштабної місії.Polarstern здатний працювати не тільки в зоні пакового льоду, але і морський лід має товщину не менше 3 м і протримався більше 2 річних циклів накопичення і танення.У вигляді великих льодовикових полів спостерігається переважно в Арктичному басейні.Простіше кажучи, багаторічний лід.
Завдяки сталевому кузову з подвійними стінками та потужністю 20 000 кінських сил Polarstern також легко долаєтовсті шари льоду шляхом трамбування.
Будучи оснащеним для тривалих операційпри температурах арктичної зими, до -50 ° C, Polarstern також здатний витримувати зиму в льодах полярних морів. Однак всередині корабля, де працюють і живуть близько 100 дослідників, техніків та членів екіпажу MOSAiC, зовсім не холодно.
Також у Polarstern на борту були різнітранспортні засоби - вертольоти, снігоходи, ратраки Pistenbullies і т. д. Це дозволило дослідникам проводити вимірювання і збирати дані не тільки в центральній обсерваторії, а й у віддаленій розподіленої мережі. Найсучасніша бортова комп'ютерна система забезпечила надійну і регулярну запис, збереження і пересилання всіх зібраних наукових даних.
Читати також
Дослідження: екологія Землі різко змінилася за останні 70 років
Вчені змінили структуру сонячної батареї і збільшили її ефективність на 125%
На 3 день хвороби більшість хворих COVID-19 втрачають нюх і часто страждають нежиттю