För mer än två månader sedan, EPFL-forskaren Julia Schmale anslöt sig till besättningen på Polarstern, en tysk forskningsisbrytare som har drivit långsamt genom det frusna vattnet med start norr om Sibirien mot Svalbard sedan september förra året. Fartyget bär ett internationellt team av forskare på en årslång forskningsexpedition, arbeta under ovanliga och ofta utmanande förhållanden:växlande väder, temperaturer som rasar så lågt som –40°C, oändligt mörker som ger vika för oändligt dagsljus, och is så långt ögat når.

Besättningen utför forskning som en del av en större expedition med titeln Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, eller MOSAiC för kort, som syftar till att få grundläggande insikter om förhållandena i Arktis, klimatförändringarnas inverkan på regionen och vice versa regionens påverkan på globala klimatförändringar.

Schmale, en atmosfärsforskare, leder observatoriets atmosfäriska forskargrupp. Hon hade planerat att återvända till Schweiz i mitten av april, där hon nyligen utsågs till chef för det helt nya Extreme Environments Research Laboratory vid EPFL, men covid-19-krisen innebär att hon kommer att stanna ombord till början av juni. Schmale är inte främmande för polära miljöer, efter att ha deltagit i Antarctic Circumnavigation Expedition (ACE) 2017. Hennes roll i denna senaste expedition är att studera hur luftburna molekyler och partiklar påverkar molnbildningar i Arktis. I denna intervju, hon pratar med oss ​​från frontlinjen om att leva och arbeta i denna extrema miljö, hur det är att bege sig ut på isflaket, och syftena och metoderna för hennes forskning. Den fullständiga intervjun finns snart att läsa på EPFL Out there-webbplatsen.

Hur är det att bo och arbeta på isen?

"Oförutsägbart. Islandskapet förändras ofta och nya sprickor, leder och åsar bildas över natten, ofta hindrar oss från att nå våra forskningsplatser på isen. Beroende på hur allvarliga förändringarna är, vi kan behöva leta efter en ny rutt eller planera om de aktiviteter vi hade planerat. Ibland blir isen dynamisk under dagen när vi är ute. När det händer, antingen måste vi hålla ett öga på vår väg tillbaka till fartyget eller så blir vi kallade tillbaka av bryggan, där teamet ombord koordinerar och övervakar aktiviteter ute på isen. Innan vi går ut, vi fyller alltid i en reselogg som visar vem som ska vart, vilken utrustning de bär på och – viktigast av allt – vem som agerar isbjörnsvakt. De flesta av oss är kvalificerade isbjörnsvakter, en roll som innebär att hålla utkik under tiden våra kollegor arbetar. Vi bär en fackpistol för att skrämma bort alla björnar, samt ett gevär att använda om ett djur närmar sig oss för snabbt. Den 23 april, vi såg den första björnen på vårt isflak sedan vi kom i början av mars.

Miljön är bara vacker. Det var fortfarande mörkt när vi kom, med bara en glitra av dagsljus vid horisonten. Forskningsplatserna på flaket såg långt borta, men de var lätta att nå över platt is. Nu, med solen uppe 24 timmar om dygnet, allt verkar mycket närmare. Men att röra sig är mycket svårare eftersom många ledningar och sprickor har bildats, särskilt mellan fartyget och vårt teams huvudsakliga forskningsplats. Med temperaturer runt –20°C, öppna kablar fryser relativt snabbt — cirka 6 cm på en dag. Ibland, åsar bildas när öppna leder sluter sig och vi kan hamna omgivna av is som stiger upp till 6 meter högt på bara ett par timmar. Vid tillfälle, vi kan höra isen röra sig och, om det går snabbt, vi kan också se det. Det är också fascinerande att se frostblommor växa. Vi provar dem för att lära sig om deras biogeokemi.

Och hur är det med vädret?

Vi har upplevt alla arktiska väderförhållanden under vår tid här. Vi har haft ihållande låga temperaturer på –40°C, vilket gör det mycket utmanande att arbeta utomhus och gör en del av fartygets utrustning oanvändbar. Mars var särskilt stormig, med hård vind och några få fullständiga whiteouts. Förhållandena har lugnat sig nyligen, fastän. Vi har klar himmel, solsken och lätta vindar - ungefär som vintern i Alperna. Nu när vi har drivit under 84°N, varmluftsmassaintrång från Atlanten pressar upp temperaturer så högt som 0°C, medföra ytsmälta och regn.

Vilka prover samlar du in och varför?

Jag studerar i vilken utsträckning naturliga och mänskliga utsläpp ändrar låga arktiska moln. Dessa moln spelar en viktig roll för att upprätthålla Arktis energi- och massbalanser eftersom de reflekterar och absorberar strålning, och för att de bidrar till snötäcke genom nederbörd. I allmänhet, moln bildas endast i närvaro av molnkondensationskärnor eller iskärnbildande partiklar. Dessa är en delmängd av aerosolpartiklar som kan härröra från naturliga källor som havsspray, växtplanktonutsläpp eller snöblåsning, men också från mänskliga aktiviteter som förbränning av fossila bränslen, andra industriella utsläpp och jordbruk.

Vi kan använda vår instrumentering ombord för att karakterisera aerosolpartiklar i termer av deras mikrofysiska och kemiska egenskaper. Variabler som nummerkoncentration, partikelstorleksfördelning, hygroskopicitet, kemisk sammansättning och fluorescens hjälper oss att förstå deras ursprung – naturligt eller mänskligt – och deras potentiella effekter på moln. Vårt slutmål är att förstå hur långt naturliga kontra mänskliga processer bidrar till molnbildning och till energibalansen i Arktis, och hur detta kan förändras när det så kallade "Nya Arktis" utvecklas och mänskliga utsläpp förändras i framtiden. I sista hand, denna information kan användas i arktiska klimatförändringsscenarier.

Vad har du lärt dig om den arktiska luften hittills?

Genom att titta på data, Jag får en nästan realtidsbild av atmosfärens sammansättning. När luftmassor kommer från norr – från Högarktis – åldras aerosolpopulationen, betyder flera dagar till veckor gamla, och består huvudsakligen av svavelsyra. Detta är ett vanligt vinterfenomen som kallas arktisk dis, när svaveldioxidutsläpp - mestadels från mänsklig aktivitet på mitten och höga breddgrader - ackumuleras under vintern. Diset började bildas redan i november. Initialt, koncentrationen var cirka 50 partiklar per kubikcentimeter. Nu har den stigit till 200.

Under stormiga förhållanden, salt snö lyfts upp i luften där den bildar aerosolpartiklar. Antalet partiklar beror på flera faktorer, inklusive snöns mikrostruktur, hur vindpress det var, och dess ytjämnhet. Eftersom dessa partiklar utgör en betydande andel av den totala aerosolpopulationen, de spelar sannolikt en viktig roll i molnbildning.

När luftmassor anländer från söder, dock, alla dessa variabler är olika. Partiklarna har bearbetats av moln, och skiljer sig i ursprung, storlek och kemisk sammansättning. Mitten av april är den tid då växtplankton blommar i Atlanten. Dessa blomningar avger dimetylsulfid, som omvandlas till metansulfonsyra – ett spårämne som vi nu ser i aerosolpartiklarna. Vi har också hittat halogener - jodsyra och brom - i aerosolpopulationen. Dessa har mer lokal ursprung, och är kopplade till snökemi och UV-strålning. Och, självklart, vi ser också avgaspartiklar från fartyget, skidoos och helikoptrar. De har en distinkt signatur som skiljer dem från andra aerosoltyper.

Har du personligen observerat förändringar i det arktiska klimatet?

That's a difficult question. 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. Generellt, 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, dock, 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. Först, 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. Andra, 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. Självklart, 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."