Hur viktig är marin mikrobiologi för moln under högarktiken på sommaren och hur viktig är denna koppling för klimatet i regionen? Detta är en nyckelfokus för en forskningsexpedition om den svenska isbrytaren Oden som kommer att äga rum i högarktis i sommar där Stockholms universitet kommer att ta en ledande roll.

Att det arktiska klimatet förändras snabbt är klart för alla. Verkligen, Arktis värms upp med nästan två gånger det globala genomsnittet. Dock, vår förståelse för vad som exakt styr denna snabba klimatförändring och i vilken utsträckning det arktiska klimatet kommer att fortsätta förändras i framtiden är mycket mer begränsat och ett antal nyckelfrågor förblir obesvarade. Till exempel, vad är konsekvenserna av den dramatiska förlusten av sommarhavis för arktiskt klimat? Kommer isen att fortsätta att försvinna när havet absorberar ökande mängder solstrålning? Eller kan förhållandena bli mer gynnsamma för biologisk aktivitet och tillhörande molnbildning, med en efterföljande minskning av mängden solstrålning som kan nå ytan, möjligen motverka issmältningen? Det är frågor som dessa som motiverar en unik forskningsexpedition till högarktis ombord på isbrytaren Oden.

"Målet är att ge unika mätningar som kommer att ge detaljerad information om grundläggande processer för molnbildning i Arktis. Dessa resultat är nödvändiga för att förstå det arktiska klimatet och dess känslighet och reaktion på klimatförändringar som orsakas av mänsklig aktivitet, säger Caroline Leck, professor i kemisk meteorologi vid institutionen för meteorologi (MISU). Professor Leck är chefsvetare som ansvarar för expeditionen från Stockholms universitet tillsammans med Patricia Matrai från Bigelow Laboratory for Ocean Science i USA

Moln spelar en viktig roll i Arktis eftersom de påverkar mängden solstrålning som når ytan. För att moln ska bildas, en viss mängd vind, fuktighet och temperatur krävs. Dock, bildandet av moln kräver också närvaro av små partiklar i luften, så kallade aerosoler, som fungerar som embryon för molnvattendropparna.

"Vår nuvarande förståelse för vilken roll molnen spelar i Arktis är inte tillräcklig för att förstå hur de påverkar smältning av havsis och en viktig saknad länk är den roll som livet i haven spelar i molnbildning här, "säger Caroline Leck." Naturligtvis, en viktig utmaning är att försöka ta bort dessa komplexa relationer i en region som är extremt svårtillgänglig - det här är en logistisk och teknisk utmaning till skillnad från alla andra, säger Caroline Leck.

Expeditionen är en kombinerad amerikansk och svensk insats som omfattar 40 forskare från hela världen. Den 20 juli avgår isbrytaren Oden från Helsingborg i södra Sverige innan den går mot nordpolen. Den huvudsakliga forskningen kommer att äga rum på cirka 90 grader norr under en isdriftsoperation. Här, Oden kommer att parkeras bredvid en tung isflak där den kommer att driva fritt i cirka fem veckor så att forskarna kan samla prover från havet, isen och luften.

Bland annat, de vill ta reda på hur molnen är kopplade till det mikrobiologiska livet i havet och isen - något som är särskilt framträdande på sommaren. Det är under denna period som isalgerna och bakterierna är som mest aktiva i de öppna ledningarna mellan isflaken. Men vad kopplar havet till himlen? Nyckeln till att lösa denna pusselbit är bubblor - bubblor som finns i de öppna lederna stiger till ytan där de spricker, att mata ut material som finns vid vattenytan i atmosfären. En kritisk fråga forskarna vill lösa är om denna process är en viktig källa till aerosoler i regionen och om den kan påverka molnen ovan.

"I de öppna ledarna, man kan observera bubblor, som sprängs och matar ut aerosoler i atmosfären ovan. Detta leder till några mycket viktiga frågor som ännu inte ska besvaras:Vilka processer styr hur många bubblor som når vattenytan och spricker? Hur många partiklar producerar dessa bubblor? Hur stora är dessa partiklar och vad består de av? Hur viktig är denna partikelskälla jämfört med andra partikelkällor i regionen? Spelar dessa partiklar en roll vid bildandet av molnen på låg nivå som finns i regionen under sommaren? "Säger Matt Salter, aerosolfysiker vid Institutionen för miljövetenskap och analytisk kemi (ACES), som är en del av laget.

För att svara på dessa frågor kommer teamet att placera en flytande aerosolkammare i de öppna ledningarna tillsammans med en bubbelboj som är utformad för att kvantifiera bubblorna i vattnet. "I huvudsak kommer vi att distribuera en flytande tank i de öppna ledningarna så att alla aerosoler som kommer ut från vattenytan efter bubblans sprängning fångas in i den. Genom att placera våra instrument ovanpå tanken kommer vi att kunna suga ut dessa partiklar så att vi kan att räkna dem och bestämma deras storlek, säger Matt Salter.

För att avgöra om aerosolerna i atmosfären och molnen ovanför de öppna ledningarna har sin källa i havet kommer teamet att använda instrumentering på Oden och på bundna ballonger för att prova molnen.

"Som en dammsugare, vi kommer att suga både aerosoler och moln inuti en behållare ombord på Oden där vi kommer att använda en stor utrustning för att studera de mikrofysiska egenskaperna och den kemiska sammansättningen av aerosolerna och molndropparna. Man kan säga att vi kommer att föra tillbaka de arktiska molnen till Sverige, "säger Paul Zieger, atmosfärisk fysiker och biträdande professor, ACES.

Forskare från Stockholms universitet har varit involverade i flera expeditioner till Arktis under de senaste åren, men en expedition med fokus på aerosoler och moln har inte ägt rum sedan 2008.

"Eftersom vår forskning fokuserar på användning av avancerad teknisk utrustning och avancerade analysmetoder som aldrig har använts i regionen tidigare, expeditionen i sommar kommer att tillåta oss att ta stora steg framåt i vår förståelse av de stora förändringar som sker i Arktis till följd av klimatförändringar orsakade av mänsklig verksamhet. För detta ändamål, expeditionen kommer också att säkerställa att Sverige fortsätter sin långa tradition av världsledande forskning i regionen, säger Caroline Leck.