Hoe belangrijk is mariene microbiologie voor wolken in het zomerse hoge Noordpoolgebied en hoe belangrijk is deze verbinding voor het klimaat in de regio? Dit is een belangrijk aandachtspunt van een onderzoeksexpeditie naar de Zweedse ijsbreker Oden die deze zomer zal plaatsvinden in het hoge Noordpoolgebied, waar de Universiteit van Stockholm een ​​leidende rol zal spelen.

Dat het Arctische klimaat snel verandert, is voor iedereen duidelijk. Inderdaad, het noordpoolgebied warmt op met een snelheid van bijna twee keer het wereldwijde gemiddelde. Echter, ons begrip van wat deze snelle klimaatverandering precies beheerst en de mate waarin het Arctische klimaat in de toekomst zal blijven veranderen, is veel beperkter en een aantal belangrijke vragen blijft onbeantwoord. Bijvoorbeeld, wat zijn de gevolgen van het dramatische verlies van zee-ijs in de zomer voor het Arctische klimaat? Zal het ijs blijven verdwijnen als de oceaan steeds meer zonnestraling absorbeert? Of kunnen de omstandigheden gunstiger worden voor biologische activiteit en bijbehorende wolkenvorming, met een daaropvolgende vermindering van de hoeveelheid zonnestraling die de oceaan aan de oppervlakte kan bereiken, mogelijk tegengaan van het smelten van het ijs? Het zijn vragen als deze die aanleiding geven tot een unieke onderzoeksexpeditie naar het hoge Noordpoolgebied aan boord van de ijsbreker Oden.

"Het doel is om unieke metingen te leveren die gedetailleerde informatie zullen opleveren over basisprocessen voor wolkenvorming in het Noordpoolgebied. Deze resultaten zijn nodig om het Arctische klimaat en de gevoeligheid en reactie ervan op de klimaatveranderingen veroorzaakt door menselijke activiteit te begrijpen, " zegt Caroline Leck, hoogleraar chemische meteorologie aan de afdeling Meteorologie (MISU). Professor Leck is de hoofdwetenschapper die verantwoordelijk is voor de expeditie van de Universiteit van Stockholm, samen met Patricia Matrai van het Bigelow Laboratory for Ocean Science in de VS.

Wolken spelen een cruciale rol in het noordpoolgebied, omdat ze invloed hebben op de hoeveelheid zonnestraling die het oppervlak bereikt. Om wolken te vormen, een bepaalde hoeveelheid wind, vochtigheid en temperatuur is vereist. Echter, de vorming van wolken vereist ook de aanwezigheid van kleine deeltjes in de lucht, zogenaamde aerosolen, die fungeren als embryo's voor de wolk-waterdruppels.

"Ons huidige begrip van de rol die wolken spelen in het noordpoolgebied is niet voldoende om te begrijpen hoe ze het smelten van zee-ijs beïnvloeden en een belangrijke ontbrekende schakel is de rol die het leven in de oceanen speelt bij de vorming van wolken hier, "zegt Caroline Leck. "Natuurlijk, een belangrijke uitdaging is om deze complexe relaties te ontrafelen in een regio die extreem moeilijk toegankelijk is - dit is een logistieke en technische uitdaging als geen ander, ' zegt Caroline Leck.

De expeditie is een gecombineerde Amerikaanse en Zweedse inspanning waarbij 40 onderzoekers van over de hele wereld betrokken zijn. Op 20 juli vertrekt de ijsbreker Oden vanuit Helsingborg in het zuidelijke deel van Zweden voordat hij richting de Noordpool gaat. Het belangrijkste onderzoek vindt plaats op ongeveer 90 graden noorderbreedte tijdens een ijsdriftoperatie. Hier, Oden wordt geparkeerd naast een zware ijsschots waar het ongeveer vijf weken vrij zal drijven, zodat de onderzoekers monsters uit de oceaan kunnen verzamelen, het ijs en de lucht.

Onder andere, ze willen weten hoe de wolken verbonden zijn met het microbiologische leven van de zee en het ijs - iets dat vooral in de zomer prominent aanwezig is. Het is in deze periode dat de ijsalgen en bacteriën het meest actief zijn in de open loden tussen de ijsschotsen. Maar wat verbindt de zee met de lucht? De sleutel tot het oplossen van dit stukje van de puzzel zijn bubbels - bubbels die in de open lucht aanwezig zijn, stijgen naar de oppervlakte waar ze barsten, het uitstoten van materiaal dat aanwezig is aan het wateroppervlak in de atmosfeer. Een cruciale vraag die de onderzoekers willen beantwoorden, is of dit proces een belangrijke bron van aerosolen in de regio is en of het de wolken erboven kan beïnvloeden.

"In de open leidingen, men kan bubbels waarnemen, die barsten en aerosolen in de atmosfeer erboven uitstoten. Dit leidt tot een aantal zeer belangrijke vragen die nog moeten worden beantwoord:Welke processen bepalen hoeveel bellen het wateroppervlak bereiken en uiteenspatten? Hoeveel deeltjes produceren deze bellen? Hoe groot zijn deze deeltjes en waaruit bestaan ​​ze? Hoe belangrijk is deze bron van deeltjes in vergelijking met andere bronnen van deeltjes in de regio? Spelen deze deeltjes een rol bij het vormen van de laaghangende wolken die in de zomer in de regio worden aangetroffen?", zegt Matt Salter, aerosolfysicus bij de afdeling Milieuwetenschappen en Analytische Chemie (ACES), die deel uitmaakt van het team.

Om deze vragen te beantwoorden, zal het team een ​​drijvende aerosolkamer in de open leidingen plaatsen, samen met een bellenboei die is ontworpen om de bellen in het water te kwantificeren. "In wezen zullen we een drijvende tank in de open leidingen plaatsen, zodat eventuele aerosolen die uit het wateroppervlak komen na het barsten van bellen erin worden gevangen. Door onze instrumenten bovenop de tank te plaatsen, kunnen we deze deeltjes eruit zuigen, waardoor we om ze te tellen en hun grootte te bepalen, ' zegt Matt Salter.

Om te bepalen of de aerosolen in de atmosfeer en wolken boven de open leidingen hun bron in de oceaan hebben, zal het team instrumenten inzetten op de Oden en op vastgebonden ballonnen om de wolken te bemonsteren.

"Als een stofzuiger, we zullen zowel aerosolen als wolken in een container aan boord van Oden zuigen, waar we een groot aantal instrumenten zullen gebruiken om de microfysische eigenschappen en chemische samenstelling van de aerosolen en wolkendruppels te bestuderen. Men kan zeggen dat we de Arctische wolken terug naar Zweden zullen brengen, " zegt Paul Zieger, atmosferisch fysicus en assistent-professor, AZEN.

Onderzoekers van de Universiteit van Stockholm zijn de afgelopen jaren betrokken geweest bij verschillende expedities naar het noordpoolgebied, maar een expeditie met een focus op aërosolen en wolken heeft sinds 2008 niet plaatsgevonden.

"Omdat ons onderzoek is gericht op het gebruik van geavanceerde technische apparatuur en geavanceerde analytische methoden die nog nooit eerder in de regio zijn ingezet, de expeditie van deze zomer zal ons in staat stellen grote sprongen voorwaarts te maken in ons begrip van de grote veranderingen die zich voordoen in het noordpoolgebied als gevolg van klimaatverandering veroorzaakt door menselijke activiteiten. Daartoe, de expeditie zal er ook voor zorgen dat Zweden zijn lange traditie van toonaangevend onderzoek in de regio voortzet, ' zegt Caroline Leck.