Een onderzoeksteam van ETH Zürich en WSL reisde deze zomer naar Spitsbergen om het fenomeen arctische vergroening onder de loep te nemen. Projectmanager Sebastian Dötterl vertelt over onderzoek naar ijsberen, stakingen en oorlog.

"We zagen landschappen waar de permafrost over grote gebieden is ingestort", zegt Sebastian Dötterl, hoogleraar Bodembronnen, bezorgd. Hij is net terug van een veldtocht in Spitsbergen, een archipel op ongeveer 78 graden noorderbreedte, waar de thermometer in de zomer gemiddeld 9 graden Celsius bereikt.

Hij en 11 andere onderzoekers van ETH Zürich en het Zwitserse Federale Instituut voor Bos-, Sneeuw- en Landschapsonderzoek (WSL) waren daar medio juli naartoe gereisd na langdurige, complexe en zenuwslopende voorbereidingen. Het doel van het team was om de achtergrond en mechanismen te onderzoeken van het fenomeen dat bekend staat als arctische vergroening - en Spitsbergen is hiervoor een ideaal veldlaboratorium.

Grootste en zwaarste onderneming

Nog maar een paar dagen geleden knielde Dötterl in de toendra in wind- en regendichte kleding en een wollen muts om grondmonsters te verzamelen. Nu zit hij in zijn verduisterde kantoor in korte broek en T-shirt. Hij lijkt een beetje uitgeput, maar de verandering van het kille Noordpoolgebied naar de augustushitte van Zürich is niet de enige reden:het veldonderzoek op Spitsbergen zelf was slopend - of liever de algemene omstandigheden die er waren.

"Qua schaal en moeilijkheidsgraad heeft dit streven mijn eerdere veldwerkcampagnes echt in de schaduw gesteld", zegt Dötterl. "Ik heb nog nooit met zulke zware omstandigheden te maken gehad als bij dit project, en dat ondanks het feit dat we ook veel veldonderzoek doen in regio's als Congo."

Coronavirus, oorlog en een pilotenstaking

Ten eerste heeft de coronaviruspandemie de start van het project met meer dan een jaar vertraagd. Toen begon Rusland in februari de oorlog tegen Oekraïne, wat betekende dat het Zwitserse onderzoeksteam de door de Russische staat geëxploiteerde infrastructuur op Spitsbergen niet mocht gebruiken zoals gepland. Gelukkig konden de Noorse partners van het team op korte termijn een zeilschip en bemanning charteren, zodat de onderzoekers een dak boven hun hoofd hadden en hun studiegebieden konden bereiken.

Maar dat was niet alles:kort voor vertrek in juli bracht een pilotenstaking bij de Scandinavische luchtvaartmaatschappij SAS de hele onderneming opnieuw in gevaar. "Als mijn promovendus Sigrid en haar collega's niet zo snel hadden gereageerd en vluchten dubbel hadden geboekt voor alle leden van de expeditie, hadden we Spitsbergen nooit gehaald", zegt Dötterl.

Snelle veranderingen in het noordpoolgebied onderzoeken

Longyearbyen, de hoofdstad van Spitsbergen, is het startpunt voor het onderzoeksteam van plantenecologen, bodemwetenschappers, geo-ecologen en microbiologen om de komende jaren in het kader van een ETH+ project de lokale patronen en mechanismen van arctische vergroening te onderzoeken. Naast de groep van Dötterl zijn bij het project ook onderzoekers betrokken onder leiding van Jake Alexander, Alex Widmer, Cara Magnabosco (allen van ETH Zürich) en Aline Frossard van WSL.

De aanleiding voor dit onderzoeksproject kwam voort uit het feit dat de opwarming van de aarde ecosystemen snel verandert. En deze veranderingen gaan in het Noordpoolgebied nog sneller dan elders in de wereld. De temperaturen in het hoge noorden zijn bijvoorbeeld de afgelopen drie decennia veel sterker gestegen dan de gemiddelde temperatuur op aarde.

Hierdoor smelten niet alleen de ijsmassa's, maar veranderen ook bodems en planten in de Arctische toendra. Tussen 1984 en 2012 werd 30% van de toendra in Noord-Amerika groener, zo blijkt uit een NASA-studie. Maar waarom sommige toendragebieden sterker en sneller vergroenen dan andere, heeft waarschijnlijk te maken met de lokale bodemvruchtbaarheid en het microklimaat.

Ten eerste richten de ETH- en WSL-onderzoekers zich op inheemse en geïntroduceerde planten en hoe ze reageren op opwarming. De wetenschappers bestuderen ook hoe de bodemontwikkeling versnelt en de biogeochemische cycli veranderen. Daartoe bestuderen ze zowel oorspronkelijke toendrabodems als verstoorde bodems bij nederzettingen en voedselrijke bodems in het stroomgebied van vogelkolonies.

Bovendien willen de onderzoekers weten welke rol microben zullen spelen bij de kolonisatie van ruwe bodems door planten en in de veranderende microbiële gemeenschappen in beter ontwikkelde bodems.

Uit hun gegevens hopen de onderzoekers uiteindelijk een model af te leiden dat veranderingen in vegetatie, bodem en micro-organismen incorporeert en kan worden gebruikt om toekomstige veranderingen in Arctische ecosystemen te voorspellen.

Improvisatie was aan de orde van de dag

Ondanks alle moeilijkheden waarmee het team te maken kreeg, is Dötterl zeer tevreden over hoe de expeditie die hij heeft geleid, is verlopen. "Ter plaatse verliep bijna alles zoals we hadden gehoopt", zegt hij blij.

Met uitzondering van één locatie - de autoriteiten sloten een nederzetting vanwege een verdwaalde ijsbeer - konden ze op verzoek alle studiegebieden betreden en monsters nemen:in totaal 1,2 ton bodemmateriaal. Een deel hiervan verscheepten de onderzoekers diepgevroren naar Zürich, waar het materiaal komende winter in het laboratorium wordt geanalyseerd. Daarnaast verzamelden ze honderden plantenmonsters en zaadmateriaal, evenals honderden microbiologische monsters.

Onderzoek op Spitsbergen

Om het genetische materiaal dat deze monsters bevatten te bewaren, moesten ze onmiddellijk in het veld worden ingevroren en in vloeibare stikstof bij -80 graden Celsius worden vervoerd. Gezien het gebrek aan stroomvoorziening hiervoor in de wildernis, stuurden de onderzoekers vooraf een tank met 400 liter vloeibare stikstof bij een druk van 4 bar naar Spitsbergen. Maar de tank bleek een lek te hebben, dus tegen de tijd dat hij het eiland bereikte na drie weken opslag in Tromsø, zat er nog amper 100 liter in. De druk was gedaald tot 1 bar. "Het was zo ongeveer genoeg", zegt Dötterl.

Sommige andere technische uitrustingen van het onderzoeksteam vroegen soms ook om improvisatievaardigheden. Een softwarefout zorgde ervoor dat een van de drie meegebrachte drones tijdens zijn allereerste missie tegen een rots botste. De camera's die hij bij zich had, waren echter nog intact. Om de studiegebieden toch van bovenaf te kunnen fotograferen, monteerden de onderzoekers de sensoren op de punt van een metalen paal van 4 meter lang. Misschien moesten ze de paal als een vlag voor zich uitdragen, maar ze waren in ieder geval nog in staat om vegetatiefoto's vanuit de lucht te maken.

Laboratorium en reis naar Noord-Noorwegen gepland

Het intensieve eerste veldseizoen wordt nu gevolgd door veel laboratoriumwerk en volgende zomer nog een veldwerkmissie in Noord-Noorwegen. Daar zal het team bodems en planten bestuderen in de zuidelijke uitlopers van de Arctische toendra. Dit leefgebied is het warmere equivalent van het vasteland van de hoge toendra van Spitsbergen.

Daarna is het tijd om de uitgebreide gegevens te analyseren, die de basis zullen vormen voor modellering. Over het algemeen loopt het project tot 2025, op voorwaarde dat de financiën toereikend zijn. "De vele vertragingen en wijzigingen in het programma hebben een behoorlijke hap uit ons budget gekost", geeft Dötterl eerlijk toe.

Dat dit project ondanks alle tegenslagen zo goed is verlopen, is te danken aan de drie betrokken promovendi:Sigrid Trier Kjaer, Lena Bakker en Jana Rüthers. "Zij zijn degenen die alle logistiek zo goed hebben georganiseerd, wat het project heeft gered. Dat was een enorme prestatie", zegt Dötterl blij.

Ook alle andere deelnemers waren zeer gemotiveerd; ze zorgden voor elkaar en onderhielden een zeer goede en collegiale werkrelatie. "Dat is niet vanzelfsprekend bij een project dat zo moeilijk is als dit en onder de soms krappe omstandigheden op het schip", zegt Dötterl. + Verder verkennen

Microbiële reactie op een veranderend en brandgevoelig arctisch ecosysteem