Meer dan twee maanden geleden, EPFL-onderzoeker Julia Schmale voegde zich bij de bemanning van de Polarstern, een Duitse onderzoeksijsbreker die sinds september vorig jaar langzaam door de bevroren wateren drijft vanaf het noorden van Siberië richting Spitsbergen. Het schip vervoert een internationaal team van wetenschappers op een onderzoeksexpeditie van een jaar, werken in ongebruikelijke en vaak uitdagende omstandigheden:wisselvallig weer, dalende temperaturen tot -40 °C, eindeloze duisternis die plaats maakt voor eindeloos daglicht, en ijs zover het oog reikt.

De bemanning doet onderzoek als onderdeel van een grote expeditie met de titel Multidisciplinair drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, of kortweg MOSAiC, die tot doel heeft fundamentele inzichten te verwerven in de omstandigheden in het noordpoolgebied, de impact van klimaatverandering op de regio en vice versa de invloed van de regio op de wereldwijde klimaatverandering.

Schmale, een atmosferische wetenschapper, leidt het atmosferisch onderzoeksteam van het observatorium. Ze had half april een terugkeer naar Zwitserland gepland, waar ze onlangs werd benoemd tot hoofd van het gloednieuwe Extreme Environments Research Laboratory bij EPFL, maar door de COVID-19-crisis blijft ze tot begin juni aan boord. Schmale is geen onbekende in poolomgevingen, nam deel aan de Antarctic Circumnavigation Expedition (ACE) in 2017. Haar rol in deze laatste expeditie is om te bestuderen hoe moleculen en deeltjes in de lucht wolkenformaties in het Noordpoolgebied beïnvloeden. In dit gesprek, ze vertelt ons vanuit de frontlinie over leven en werken in deze extreme omgeving, hoe het is om de ijsschots op te gaan, en de doelstellingen en methoden van haar onderzoek. Het volledige interview is binnenkort te lezen op de EPFL Out there-website.

Hoe is het om op het ijs te leven en te werken?

"Onvoorspelbaar. Het ijslandschap verandert regelmatig en nieuwe scheuren, draden en richels vormen 's nachts, vaak voorkomen dat we onze onderzoekslocaties op het ijs bereiken. Afhankelijk van hoe ernstig de veranderingen zijn, we moeten misschien op zoek gaan naar een nieuwe route of de activiteiten die we gepland hadden opnieuw plannen. Soms wordt het ijs overdag dynamisch terwijl we weg zijn. Wanneer dat gebeurt, we moeten ofwel ons pad terug naar het schip goed in de gaten houden of we worden teruggeroepen door de brug, waar het team aan boord de activiteiten op het ijs coördineert en bewaakt. Voordat we vertrekken, we vullen altijd een reislogboek in waarin staat wie waarheen gaat, welke uitrusting ze bij zich hebben en - belangrijker nog - wie optreedt als de ijsbeerwacht. De meesten van ons zijn gekwalificeerde ijsberenwachters, een rol waarbij je permanent op de uitkijk staat terwijl onze collega's aan het werk zijn. We dragen een lichtkogel om eventuele beren weg te jagen, evenals een geweer om te gebruiken als een dier ons te snel nadert. Op 23 april, we zagen de eerste beer op onze ijsschots sinds we begin maart aankwamen.

De omgeving is gewoon prachtig. Het was nog donker toen we aankwamen, met slechts een sprankje daglicht aan de horizon. De onderzoekslocaties op de ijsschots leken ver weg, maar ze waren gemakkelijk te bereiken over vlak ijs. Nutsvoorzieningen, met de zon 24 uur per dag, alles lijkt veel dichterbij. Maar bewegen is veel moeilijker omdat er veel leidingen en scheuren zijn gevormd, vooral tussen het schip en de belangrijkste onderzoekslocatie van ons team. Met temperaturen rond de –20°C, open snoeren bevriezen relatief snel - ongeveer 6 cm op één dag. Soms, Er worden richels gevormd wanneer open leidingen sluiten en we kunnen in slechts een paar uur worden omringd door ijs dat tot 6 meter hoog kan stijgen. Soms, we kunnen het ijs horen bewegen en, als het snel gaat, wij kunnen het ook zien. Het is ook fascinerend om ijsbloemen te zien groeien. We bemonsteren ze om meer te weten te komen over hun biogeochemie.

En hoe zit het met het weer?

We hebben het volledige scala aan Arctische weersomstandigheden in onze tijd hier ervaren. We hebben aanhoudende lage temperaturen van –40°C gehad, wat het werken in de buitenlucht erg uitdagend maakt en een deel van de scheepsuitrusting onbruikbaar maakt. Maart was bijzonder stormachtig, met harde wind en een paar complete whiteouts. De omstandigheden zijn de laatste tijd verslechterd, Hoewel. We hebben een heldere hemel, zonneschijn en lichte wind - net als de winter in de Alpen. Nu we onder 84°N zijn afgedreven, Indringende warme luchtmassa's vanuit de Atlantische Oceaan stuwen temperaturen tot 0°C op, oppervlaktesmelting en regen brengen.

Welke monsters verzamel je en waarom?

Ik bestudeer de mate waarin natuurlijke en menselijke emissies lage Arctische wolken wijzigen. Deze wolken spelen een vitale rol bij het handhaven van de energie- en massabalans van het Noordpoolgebied, omdat ze straling reflecteren en absorberen, en omdat ze door neerslag bijdragen aan de sneeuwbedekking. In het algemeen, wolken vormen zich alleen in de aanwezigheid van condensatiekernen of ijskiemvormende deeltjes. Dit is een subset van aërosoldeeltjes die afkomstig kunnen zijn van natuurlijke bronnen zoals zeespray, uitstoot van fytoplankton of stuifsneeuw, maar ook door menselijke activiteiten zoals de verbranding van fossiele brandstoffen, andere industriële emissies en landbouw.

We kunnen onze instrumenten aan boord gebruiken om aerosoldeeltjes te karakteriseren in termen van hun microfysische en chemische eigenschappen. Variabelen zoals nummerconcentratie, deeltjesgrootteverdeling, hygroscopiciteit, chemische samenstelling en fluorescentie helpen ons hun oorsprong - natuurlijk of menselijk - en hun mogelijke effecten op wolken te begrijpen. Ons einddoel is om te begrijpen in hoeverre natuurlijke versus door de mens gemaakte processen bijdragen aan wolkenvorming en aan de energiebalans in het noordpoolgebied, en hoe dit zou kunnen veranderen naarmate het zogenaamde "Nieuwe Noordpoolgebied" evolueert en menselijke emissies in de toekomst veranderen. uiteindelijk, deze informatie kan worden gebruikt in scenario's voor klimaatverandering in het Noordpoolgebied.

Wat heb je tot nu toe geleerd over de Arctische lucht?

Door naar de gegevens te kijken, Ik krijg een bijna realtime beeld van de samenstelling van de atmosfeer. Wanneer luchtmassa's uit het noorden komen - uit het hoge noordpoolgebied - veroudert de aerosolpopulatie, wat betekent enkele dagen tot weken oud, en bestaat voornamelijk uit zwavelzuur. Dit is een veelvoorkomend winterfenomeen dat bekend staat als Arctic Haze, wanneer zwaveldioxide-emissies - meestal door menselijke activiteit op de middelste en hoge breedtegraden - zich in de winter ophopen. De waas begon zich in november te vormen. aanvankelijk, de concentratie was ongeveer 50 deeltjes per kubieke centimeter. Nu is dat opgelopen tot 200.

Tijdens stormachtige omstandigheden, zoute sneeuw wordt de lucht in getild waar het aerosoldeeltjes vormt. Het aantal deeltjes is afhankelijk van verschillende factoren, inclusief de microstructuur van de sneeuw, hoe druk het was, en zijn oppervlakteruwheid. Omdat deze deeltjes een aanzienlijk deel uitmaken van de totale aërosolpopulatie, ze spelen waarschijnlijk een belangrijke rol bij de vorming van wolken.

Wanneer luchtmassa's uit het zuiden aankomen, echter, al deze variabelen zijn verschillend. De deeltjes zijn verwerkt door wolken, en verschillen in oorsprong, grootte en chemische samenstelling. Half april is de tijd waarin fytoplanktonbloei plaatsvindt in de Atlantische Oceaan. Deze bloemen stoten dimethylsulfide uit, dat wordt omgezet in methaansulfonzuur - een tracer die we nu zien in de aerosoldeeltjes. We hebben ook halogenen gevonden - jodiumzuur en broom - in de aerosolpopulatie. Deze zijn meer lokaal van oorsprong, en zijn verbonden met sneeuwchemie en UV-straling. En, natuurlijk, we zien ook uitlaatdeeltjes van het schip, skidozen en helikopters. Ze dragen een onderscheidende signatuur die hen onderscheidt van andere aerosoltypes.

Heeft u persoonlijk veranderingen in het Arctische klimaat waargenomen?

Dat is een moeilijke vraag. I don't have a reliable benchmark because this is the first time that I, like many other members of the team, have been this far north at this time of year. In het algemeen, we didn't anticipate observing so much mobile ice so early in the year. We expected to see a much more consolidated ice pack. But this might not necessarily be a sign of climate change. What was striking, echter, was that precipitation fell as rain instead of snow when Atlantic air masses arrived in mid-April.

Is the COVID-19 crisis affecting life on an Arctic research vessel?

Ja, definitely. It's affecting us in two main ways. Eerst, we're all hearing news from home about how the world has changed and what it means for our families, friends and colleagues. It's a real cause for concern and we talk about the pandemic a lot. Tweede, the outbreak has disrupted the crew changeover schedule. It's taken us several weeks to figure out our options, given the travel restrictions in force around the world. Despite the delays and uncertainty around when we'll return home, I'm happy to report that crew morale is high. We've grown together as a fantastic team of scientists who communicate openly and look out for each other. It's also made my job much easier, as one of the five science team leaders on board.

As someone who's used to spending long periods on boats, how are you coping with living under lockdown?

I'd hardly call this a lockdown. We have a lot more freedom than people back at home. We can still work, go out, hold social gatherings, exercise and eat together. Natuurlijk, we can't travel far from the ship and our activity options are limited. But you don't really notice those things when you're surrounded by such a fascinating environment, making friends and building new working relationships. All in all, it's been an immensely satisfying and rewarding experience."