Bremerhaven/Leipzig. Met de terugkeer van de Polarstern, de grootste Arctische expeditie aller tijden is tot een succesvol einde gekomen. Al meer dan een jaar, de Duitse onderzoeksijsbreker reisde in 5 cruisetrajecten met meer dan 400 mensen uit 20 landen om het epicentrum van klimaatverandering nauwkeuriger dan ooit tevoren te onderzoeken. Aan het einde van de expeditie, die ongeveer 140 miljoen euro kosten, het Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Centrum voor Polair en Marien Onderzoek (AWI), tot een positieve conclusie gekomen:ondanks alle onvoorziene moeilijkheden, het was erin geslaagd de kennis over het klimaatsysteem van de aarde en de veranderingen ervan met een beslissende stap te vergroten.

Vanuit het oogpunt van Leipzig, het complexe project was ook succesvol:alle 7 deelnemers van het Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) en de Universiteit van Leipzig zijn terug in goede gezondheid en met waardevolle klimaatgegevens. Twee meetprogramma's die centraal staan ​​in het onderzoek naar de Arctische atmosfeer konden ondanks weersextremen en corona volledig worden uitgevoerd:Een multi-golflengte lidar scande de luchtlagen boven Polarstern gedurende de hele expeditie. Over 369 dagen, 640 miljoen laserpulsen gingen de lucht in en er werd 112 gigabyte aan data verzameld. In juli, het MOSAiC-atmosfeerteam kon de laagste luchtlaag boven de smeltende ijsschots meten met een gevangen ballon. Binnen een krap tijdvenster, 33 ballonbeklimmingen werden bereikt, waarbij in totaal 31 725 meter touw werd afgewikkeld en weer opgerold. De ballonmetingen door TROPOS en de Universiteit van Leipzig zijn vooral belangrijk voor het begrijpen van de polaire atmosfeer tijdens de smeltfase, omdat de oorspronkelijk geplande metingen parallel met vliegtuigen uit Spitsbergen door de coronapandemie moesten worden uitgesteld tot het najaar.

"We zijn blij dat de ambitieuze plannen ondanks alle moeilijkheden in wezen zijn gerealiseerd. Een hoogtepunt zijn zeker de inzichten in de troposfeer op de Noordpool tijdens de winter met onze lidar. Niemand heeft het ooit zo ver naar het noorden kunnen observeren tijdens de poolnacht van MOSAiC, " zegt prof. Andreas Macke, Directeur van TROPOS. De evaluatie van de gegevens is nog in volle gang, maar er zijn aanwijzingen dat voor de atmosfeer hetzelfde geldt als voor het ijs op de grond:“Er zijn veel aanwijzingen dat de atmosfeer van het Noordpoolgebied al flink is veranderd. We hebben meer rook gezien dan verwacht. De enorme bosbranden treffen blijkbaar de poolgebieden. Zelfs deze eens ongerepte gebieden lijken het "Pyroceen" te hebben bereikt. het duurt maanden voordat concrete resultaten beschikbaar zijn, waarbij de gegevens moeten worden onderzocht, geanalyseerd en besproken voordat ze definitief gepubliceerd kunnen worden. "Het feit dat we zowel de atmosfeer als de energiebalans op de grond hebben gemeten over een volledig Arctisch jaar, zal een grote bijdrage leveren aan ons begrip van de opwarming van het Noordpoolgebied. ", voegt Macke eraan toe.

Momenteel, de vreugde dat mensen en technologie de spanningen hebben overleefd, weegt ruimschoots op tegen. Ook bij Dr. Ronny Engelmann, wetenschapper en laserexpert van TROPOS, die verantwoordelijk is voor de remote sensing metingen binnen het OCEANET-project op Polarstern:"Het was fascinerend om in de winter het noordpoolgebied te ervaren en in een regio te mogen zijn waar nog maar weinig mensen zijn geweest in deze tijd van het jaar. Als een wetenschapper, Ik ben blij dat, dankzij de goede zorgen van mijn collega's, onze apparatuur gaat een jaar mee en heeft ook de extreme kou van de poolnacht met temperaturen tot -40 graden Celsius probleemloos doorstaan. De ervaringen van de afgelopen tien jaar, waarin onze OCEANET container aan boord van Polarstern is geweest, zijn een grote hulp geweest. Zonder stabiele technologie, we zouden nooit hebben geweten welke stoflagen zich over het noordpoolgebied hadden verplaatst, " natuurkundige Engelmann blikt terug. De lidar was van 28 september 2019 tot 2 oktober 2020 in bedrijf zonder noemenswaardige storingen. Dit werd verzekerd door Dr. Ronny Engelmann, Hannes Griesche, Martin Radenz, Julian Hofer en Dr. Dietrich Althausen, sommigen van hen brachten tot vier maanden door op de vijf secties van de cruise. Hoewel de remote sensing-instrumenten meestal automatisch werken, ze hebben regelmatig onderhoud nodig:de flitslampen die de laserpulsen afgeven, moesten vijf keer worden vervangen, bijvoorbeeld, of 60 liter vloeibare stikstof moest worden vervangen elke keer dat de microgolfradiometer werd gekalibreerd. Samen met andere instrumenten zoals stralingsmeters, wolkencamera, regenmeter en fotometer op de OCEANET meetcontainer van TROPOS, in totaal meer dan anderhalve terabyte aan gegevens verzameld en ongeveer 60, 000 kWh elektriciteit werd verbruikt.

Terwijl de teledetectie-instrumenten op het voordek van Polarstern praktisch de hele expeditie konden leiden, de teams op het ijs hadden elk maar een kort tijdvenster, die zo effectief mogelijk moest worden gebruikt. Het ballonteam van TROPOS en de Universiteit van Leipzig kon in totaal 37 dagen op het ijs werken. Dankzij de steun van andere teams, 33 ballonbeklimmingen werden bereikt, waarin de BELUGA vastgebonden ballon, die zo groot was als een bus, aërosoldeeltjes kunnen meten, straling en meteorologische parameters tot een hoogte van 1500 meter boven het ijs. Om de ballon meerdere keren te vullen, Er werd 474 kubieke meter helium verbruikt en er moesten gaten tot 6 meter diep in het dooiende ijs worden geboord voor de ijsankers. "Onze tijd op het ijs was kort maar intens. De vele smeltvijvers en frequente ijsbeerbezoeken vroegen veel improvisatie. Door de steun van het hele MOSAiC-team konden we moeilijke situaties de baas worden. Dit maakte onze ballonmetingen een grote teamprestatie van een geweldig team dat ik me nog lang zal herinneren, ", zegt Christian Pilz van TROPOS. De verticale profielen die Pilz samen met de stralingsmetingen van zijn collega Michael Lonardi van de Universiteit van Leipzig heeft vastgelegd, zullen belangrijke inzichten opleveren in de lagere atmosfeer van het zomerse Noordpoolgebied. het team kon temperaturen van 14 graden Celsius registreren op een hoogte van 300 meter, hoewel de temperatuur op de grond maar net boven het vriespunt lag. Zonder dergelijke metingen ter plaatse, de invloed van de luchtlagen op de grond op het ontdooiende zee-ijs is niet in te schatten.

Oorspronkelijk was het de bedoeling om in de vroege zomer de nabije grondatmosfeer boven de MOSAiC-ijsschots te bestuderen met een vastgebonden ballon en de hogere lagen per vliegtuig. Echter, vanwege de coronapandemie, vluchten via Spitsbergen waren op dat moment niet mogelijk. Er moest bevoorrading en personeelsuitwisseling worden georganiseerd met onderzoeksschepen uit Duitsland en de vliegtuigcampagne moest worden uitgesteld tot september. "De metingen met de aangebonden Leipzig-ballon zijn daarom belangrijke in-situ aerosolmetingen bij MOSAiC in deze luchtlaag, wat erg belangrijk is voor het klimaat in het noordpoolgebied, " benadrukt Andreas Macke van TROPOS, "Als atmosferisch onderzoeker, Ik ben bijzonder verheugd dat het ballonexperiment na 2017 voor de tweede keer succesvol was en zeer waardevolle data heeft opgeleverd."

In september 2020, de Duitse onderzoeksvliegtuigen Polar 5 en Polar 6 van de AWI waren de eerste buitenlandse vliegtuigen die opstegen vanaf de luchthaven Longyearbyen voor verschillende meetvluchten van Spitsbergen naar het centrale Noordpoolgebied om de atmosfeer te bestuderen in het kader van MOSAiC sinds de corona-lockdown:"Met de uitgebreide metingen aan straling en deeltjes, we willen weten hoe wolken in het noordpoolgebied de opwarming op de grond beïnvloeden. In recente jaren, het noordpoolgebied is meer opgewarmd dan enig ander gebied op aarde. De betrokken feedbackmechanismen zijn zeer complex en nog niet voldoende begrepen. Deze kennis is essentieel, echter, als klimaatmodellen moeten kunnen inschatten hoe snel het klimaat daar zal veranderen, zelfs voor de regio rond de Noordpool, " legt prof. Manfred Wendisch van de Universiteit van Leipzig uit, die ook de woordvoerder is van het Collaborative Research Centre "Arctic Climate Change" van de Duitse Onderzoeksstichting (DFG). Het netwerk omvat de universiteiten in Bremen, Keulen en Leipzig, evenals de AWI in Bremerhaven en de TROPOS in Leipzig. Het doel van het onderzoeksnetwerk is om de dramatische klimaatverandering in het Noordpoolgebied met verschillende methoden te observeren om de betrouwbaarheid van modellen te verbeteren en nauwkeurigere voorspellingen van verdere opwarming in het Noordpoolgebied mogelijk te maken. De MOSAiC-expeditie zal hier een belangrijke bijdrage aan leveren en zal de komende maanden intensief worden geëvalueerd door de alliantiepartners.

"Ik ben erg blij met het verloop van de MOSAiC-expeditie, en wat een groot succes is het geweest. Door de expeditie, we kunnen de klimaatgegevens en -observaties leveren die de mensheid zo dringend nodig heeft om fundamentele en dringende politieke beslissingen te nemen over klimaatbescherming, " zei prof Markus Rex, Expeditieleider en hoofd van het MOSAiC-project, Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Centrum voor Polair en Marien Onderzoek (AWI). "We hebben gezien hoe het poolijs sterft. In de zomer, zelfs op de Noordpool, het werd gekenmerkt door uitgebreide smelten en erosie. Als we niet onmiddellijk en ingrijpende inspanningen leveren om de klimaatopwarming tegen te gaan, we zullen binnenkort ijsvrije Arctische zomers zien, die onberekenbare gevolgen zullen hebben voor ons eigen weer en klimaat. Hoewel het centrale noordpoolgebied vandaag de dag nog steeds een fascinerende, bevroren landschap in de winter, het ijs is maar half zo dik als 40 jaar geleden, en de wintertemperaturen die we tegenkwamen waren bijna altijd tien graden warmer dan wat Fridtjof Nansen ervoer tijdens zijn baanbrekende Arctische expeditie meer dan 125 jaar geleden."

Op 20 september 2019 vertrok Polarstern vanuit de Noorse haven van Tromsø, op weg naar het centrale noordpoolgebied, het epicentrum van klimaatverandering. Eenmaal daar, het schip liet zich vast komen te zitten in het ijs, en begon een een jaar durende drift over de Noordpool, volledig overgeleverd aan natuurkrachten - de route en snelheid werden uitsluitend bepaald door de ijsdrift, aangedreven door wind en stroming. Tijdens de vijf cruise-etappes van de expeditie, in totaal 442 onderzoekers, Polarstern bemanningsleden, jonge onderzoekers, docenten en leden van de pers namen deel. zeven schepen, verschillende vliegtuigen en meer dan 80 instellingen uit 20 landen waren betrokken. De onderzoekers, die afkomstig was uit 37 landen, hadden een gemeenschappelijk doel:het onderzoeken van complexe interacties in het klimaatsysteem tussen de atmosfeer, ijs en oceaan, om ze beter weer te geven in klimaatmodellen. Ze verkenden ook een heel jaar het leven in het centrale noordpoolgebied. Nu zijn ze naar huis teruggekeerd met een schat aan indrukken van het snel veranderende Noordpoolgebied, en met een ongeëvenaarde schat aan gegevens, waarop een hele generatie klimaatonderzoekers zich zal richten op het analyseren.

Vanuit het perspectief van Leipzig, de volgende grote meetcampagne in het noordpoolgebied is de "HALO (AC)"-missie met de Duitse onderzoeksvliegtuigen HALO en Polar 6 in het voorjaar van 2022. De vastgebonden ballon BELUGA, anderzijds, zal al in de late zomer van 2021 terugkeren naar de Arctische lucht – als de pandemische omstandigheden het toelaten. Deze keer, echter, van vaste grond in het onderzoeksdorp Ny-Ålesund op Spitsbergen.