In oktober 2019, wetenschappers hebben een schip vol apparatuur gevangen in Arctisch zee-ijs met de bedoeling een heel jaar rond de Noordelijke IJszee te drijven, het verzamelen van gegevens over de poolgebieden en zee-ijsschotsen. Echter, een nieuwe studie geeft aan dat er een kans is dat de expeditie maanden voor het einde van het jaar zal smelten.

Het onderzoeksteam MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) onderging een uitgebreide voorbereiding en training voor de expeditie, inclusief het analyseren van historische omstandigheden. Het nieuwe onderzoek laat zien, echter, dat de omstandigheden in het Noordpoolgebied zo snel zijn veranderd dat het verleden misschien niet langer een leidraad is voor het heden.

Wetenschappers van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) hebben een ensemble van meerdere klimaatmodelruns gebruikt om omstandigheden langs potentiële routes voor de poolexpeditie te simuleren, gebruik makend van de huidige omstandigheden in het 'nieuwe Noordpoolgebied'. De resultaten suggereren dat dunner zee-ijs het schip verder kan dragen dan zou worden verwacht in vergelijking met historische omstandigheden en dat het zee-ijs rond het schip eerder zou kunnen smelten dan het doel van 12 maanden. Van de 30 modelruns die in de nieuwe studie zijn geanalyseerd, vijf (17%) vertoonden melt-out in minder dan een jaar.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift De cryosfeer , werd gefinancierd door de National Science Foundation, dat is de sponsor van NCAR. De co-auteurs van de studie zijn van de University of Colorado Boulder en het Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences van de school, evenals Dartmouth College en de Universiteit van Alaska Fairbanks.

Het ensemble van 30 modelruns maakte gebruik van de huidige klimaatomstandigheden en weerspiegelde de vele manieren waarop zee-ijs kon worden gevormd, drift, en smelten in een klimaat van 2020. De studie hield geen rekening met de ijscondities van 2019 en is geen voorspelling van het spoor dat het schip zal overnemen tijdens zijn expeditie van een jaar.

"Het hele punt van MOSAiC is om het nieuwe Noordpoolgebied te begrijpen en hoe de dingen de afgelopen 10 jaar zijn veranderd, " zei Alice DuVivier, een NCAR-klimaatwetenschapper en hoofdauteur van de nieuwe studie. "Dit model geeft ons inzicht in het scala aan driftmogelijkheden waarmee de expeditie te maken zou kunnen krijgen in het nieuwe ijsregime."

Wetenschappers hebben gegevens verzameld over de omvang van het Arctische zee-ijs, die in de winter miljoenen vierkante mijlen kunnen bestrijken, sinds 1979, toen satellieten begonnen met het vastleggen van jaarlijkse veranderingen in de ijsbedekking. "De veranderingen in het noordpoolsysteem gaan zo ongelooflijk snel dat zelfs onze satellietwaarnemingen van 15 jaar geleden anders zijn dan het noordpoolgebied vandaag de dag. " zei Marika Holland, NCAR-wetenschapper en co-auteur van de studie. "Nu is er dunner ijs, die sneller beweegt, en er is minder sneeuw. Het is een totaal ander ijsregime."

Gaan met de vlo

Om de verschillen tussen het "oude noordpoolgebied" en het "nieuwe noordpoolgebied" te vergelijken, " de wetenschappers maakten ijsschotssporen voor het expeditieschip, een Duitse onderzoeksijsbreker genaamd de Polarstern, met behulp van het zee-ijsmodel in het NCAR-gebaseerde Community Earth System Model (CESM). Eerst, de wetenschappers hebben 28 modelsporen uitgevoerd op basis van historische satellietgegevens van zee-ijscondities. Daarna vergeleken ze de resultaten met 30 modelbanen onder de jonge, dun, en meer seizoensgebonden arctische ijscondities die meer een afspiegeling zijn van recente omstandigheden.

In deze "nieuwe Arctische" omstandigheden, de ijsschotsen bewogen sneller, zodat hun paden verder uitstrekken en meer van elkaar varieerden in vergelijking met "oude Arctische" paden, waaronder dikker zee-ijs en kortere, langzamere nummers.

Met name, de studie constateert dat in het seizoensgebonden Arctische scenario, 17% van de gesimuleerde sporen laat zien dat de Polarstern helemaal uit het ijs smelt, maanden voor de finish van oktober 2020. Het model loopt naar schatting 29 juli 2020, als de vroegste potentiële smeltdatum, benadrukkend dat het huidige Noordpoolgebied een verhoogd risico heeft op extreme gebeurtenissen, zoals uitsmelting. In tegenstelling tot, geen van de sporen die onder de historische satellietgegevens liepen, vertoonde een uitsmeltingsscenario.

Hoewel de resultaten extra inzicht geven in de mogelijke uitkomst van het pad van MOSAiC, de modelritten zijn geen voorspelling van het pad van de expeditie, zei DuVivier, die de resultaten van het onderzoek presenteerde aan het wetenschappelijke team van MOSAiC terwijl ze zich voorbereidden op de campagne. Liever, de resultaten zijn een manier om de vele scenario's te verkennen waarmee een schip in de loop van de reis in het huidige klimaat te maken kan krijgen. "Modelleren is een manier om vele werelden te verkennen, "zei DuVivier. "Eerdere ervaringen zijn niet altijd indicatief voor wat er gaat gebeuren."

In de eerste fase van de expeditie, in de herfst van 2019, de onderzoekers waren al in aanraking gekomen met dunne ijscondities, aanvankelijk moeite hadden om een ​​voldoende dikke ijsschots te vinden om de Polarstern te verankeren, en het ervaren van stormen die de expeditie hebben uitgedaagd. Volgens het National Snow &Ice Data Center, het Arctische zee-ijs in 2019 bereikte het op één na laagste minimum in het satellietrecord, wat betekent dat de expeditie begon onder extreem lage ijsomstandigheden.

Vanaf dat moment, het huidige spoor van het schip drijft verder dan verwacht. "De modelexperimenten van deze studie hebben vergelijkbare sporen als wat de Polarstern de afgelopen maanden heeft meegemaakt, " zei DuVivier. "We doen geen voorspelling voor de expeditie, maar dat soort sporen smelten al vroeg in ons klimaatmodel weg."

De tijd zal leren wat de ultieme baan en bestemming van de Polarstern zal zijn, maar de expeditie zal wetenschappers nog steeds een schat aan gegevens opleveren. De informatie zal uiteindelijk enorm nuttig zijn voor het verbeteren van klimaatmodellen zoals CESM en het helpen van wetenschappers om de veranderingen in het Noordpoolgebied te begrijpen die toekomstige poolexpedities mogelijk zullen gaan observeren.

"Daarom hebben we MOSAiC nodig. Modellen kunnen dit soort campagnes informeren en deze campagnes gaan onze modellen informeren, " zei Nederland, die haar eigen project heeft op de MOSAiC-expeditie, het verzamelen van gegevens over sneeuw op zee-ijs en opwarming van de bovenzee die van invloed is op de dikte van het zee-ijs.

"We hebben niet veel nieuwe waarnemingen gedaan in dit nieuwe regime, en dit zal van fundamenteel belang zijn voor ons toekomstige begrip van het noordpoolgebied, " zei Nederland.