Bremerhaven/Leipzig. Med återkomsten av Polarstern, den största arktiska expeditionen genom tiderna har nått ett framgångsrikt slut. I mer än ett år, den tyska forskningsisbrytaren reste i 5 kryssningsben med mer än 400 personer från 20 länder för att undersöka klimatförändringens epicentrum mer exakt än någonsin tidigare. I slutet av expeditionen, som kostar cirka 140 miljoner euro, Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI), kom till en positiv slutsats:trots alla oförutsägbara svårigheter, den hade lyckats utveckla kunskapen om jordens klimatsystem och dess förändringar med ett avgörande steg.

Ur Leipzigs synvinkel, det komplexa projektet var också framgångsrikt:alla 7 deltagare från Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) och Leipzig University är tillbaka vid god hälsa och med värdefulla klimatdata. Två mätprogram som är centrala för forskning om den arktiska atmosfären kunde genomföras i sin helhet trots extrema väderförhållanden och korona:En multi-våglängdslidar skannade luftlagren ovanför Polarstern under hela expeditionen. På 369 dagar, 640 miljoner laserpulser gick till himlen och 112 gigabyte data samlades in. I juli, MOSAiC -atmosfärsteamet kunde mäta det lägsta luftlagret ovanför det smältande isflaket med en ballong i fångenskap. Inom ett stramt tidsfönster, 33 ballonguppstigningar uppnåddes, under vilken totalt 31, 725 meter rep lindades upp och rullades tillbaka. Ballongmätningarna från TROPOS och Leipzig universitet är särskilt viktiga för att förstå den polära atmosfären under smältfasen, eftersom de mätningar som ursprungligen planerades parallellt med flygplan från Spitsbergen måste skjutas upp till hösten på grund av coronapandemin.

"Vi är glada att de ambitiösa planerna i huvudsak har förverkligats trots alla svårigheter. En höjdpunkt är definitivt insikten om troposfären på nordpolen under vintern med vår lidar. Ingen har någonsin kunnat observera den så långt norrut under polarnatt utanför MOSAiC, "säger prof. Andreas Macke, Direktör för TROPOS. Utvärderingen av data pågår fortfarande, men det finns tecken på att detsamma gäller atmosfären som isen på marken:"Mycket tyder på att atmosfären i Arktis redan har förändrats avsevärt. Vi har sett mer rök än väntat. De enorma skogsbränderna verkar tydligen påverka polarområdena. Även dessa en gång orörda områden tycks ha nått "Pyrocene." Men det kommer att ta månader innan konkreta resultat finns tillgängliga, under vilken uppgifterna måste undersökas, analyseras och diskuteras innan de äntligen kan publiceras. "Det faktum att vi har mätt både atmosfären och energibalansen på marken under ett komplett arktiskt år kommer i hög grad att bidra till vår förståelse av uppvärmning i Arktis, "tillägger Macke.

Just nu, glädjen över att människor och teknik har överlevt stammarna väger tyngre. Även hos Dr. Ronny Engelmann, forskare och laserexpert från TROPOS, som är ansvarig för fjärranalysmätningarna inom OCEANET -projektet på Polarstern:"Det var fascinerande att uppleva Arktis på vintern och få vara i en region där endast ett fåtal människor har varit tidigare vid den här tiden på året. Som en forskare, Jag är glad att, tack vare god vård av mina kollegor, vår utrustning har kunnat hålla i ett år och har också överlevt polarnattens extrema kyla med temperaturer ner till -40 grader Celsius utan några misslyckanden. Erfarenheterna under de senaste tio åren, under vilken vår OCEANET -container har varit ombord på Polarstern, har varit till stor hjälp. Utan stabil teknik, vi skulle aldrig ha vetat vilka dammlager som hade rört sig över Arktis, "fysikern Engelmann ser tillbaka. Lidaren var i drift från 28 september 2019 till 02 oktober 2020 utan några större misslyckanden. Detta säkerställdes av Dr. Ronny Engelmann, Hannes Griesche, Martin Radenz, Julian Hofer och Dr. Dietrich Althausen, varav några tillbringade upp till fyra månader på kryssningens fem delar. Även om fjärranalysinstrumenten körs mestadels automatiskt, de behöver regelbundet underhåll:blixtlamporna som avger laserpulserna måste bytas fem gånger, till exempel, eller 60 liter flytande kväve måste bytas ut varje gång mikrovågsradiometern kalibrerades. Tillsammans med andra instrument som strålningsmätare, moln kamera, regnmätare och fotometer på OCEANET -mätbehållaren från TROPOS, totalt över en och en halv terabyte data samlades in och cirka 60, 000 kWh el förbrukades.

Medan fjärranalysinstrumenten på fördäcket i Polarstern praktiskt taget kunde köra hela expeditionen, lagen på isen hade bara ett kort tidsfönster vardera, som måste användas så effektivt som möjligt. Ballonglaget från TROPOS och Leipzig universitet kunde arbeta på isen totalt 37 dagar. Tack vare stöd från andra lag, 33 ballonguppstigningar uppnåddes, där BELUGA ballad, som var stor som en buss, kan mäta aerosolpartiklar, strålning och meteorologiska parametrar upp till 1500 meters höjd över isen. För att fylla ballongen flera gånger, 474 kubikmeter helium förbrukades och hål upp till 6 meters djup måste borras i isen som tinar upp för isankarna. "Vår tid på isen var kort men intensiv. De många smältdammarna och frekventa isbjörnsbesök krävde mycket improvisation. På grund av stödet från hela MOSAiC -teamet kunde vi bemästra svåra situationer. Detta gjorde våra ballongmätningar stora laginsats från ett bra lag som jag kommer att minnas länge "sa Christian Pilz från TROPOS. De vertikala profiler som Pilz spelade in tillsammans med strålningsmätningarna av sin kollega Michael Lonardi från Leipzig universitet kommer att ge viktiga inblickar i den nedre atmosfären i sommarens Arktis. Till exempel, laget kunde registrera temperaturer på 14 grader Celsius på 300 meters höjd, även om temperaturen på marken bara var precis över fryspunkten. Utan sådana mätningar på plats, det skulle inte vara möjligt att uppskatta luftlagrenas inflytande på marken på upptining av havsis.

Ursprungligen var det planerat att studera den nära markatmosfären ovanför MOSAiC-isflaket med bunden ballong och de högre lagren med flygplan på försommaren. Dock, på grund av coronapandemin, flygningar via Spitsbergen var inte möjliga vid den tiden. Utbud och personalutbyte måste organiseras med forskningsfartyg från Tyskland och flygplanskampanjen måste skjutas upp till september. "Mätningarna med Leipzig-bundna ballongen är därför viktiga aerosolmätningar på plats vid MOSAiC i detta luftskikt, vilket är mycket viktigt för klimatet i Arktis, "understryker Andreas Macke från TROPOS, "Som en atmosfärisk forskare, Jag är särskilt glad över att ballongsexperimentet lyckades för andra gången efter 2017 och gav mycket värdefull data. "

I september 2020, det tyska forskningsflygplanet Polar 5 och Polar 6 i AWI var de första utländska flygplanen som startade från flygplatsen Longyearbyen för flera mätflyg från Spitsbergen till centrala Arktis för att studera atmosfären i samband med MOSAiC sedan coronalåset:"With de omfattande mätningarna på strålning och partiklar, vi vill ta reda på hur moln i Arktis påverkar uppvärmningen på marken. Under de senaste åren har Arktis har värmts upp mer än någon annan region på jorden. De berörda återkopplingsmekanismerna är mycket komplexa och ännu inte tillräckligt förstått. Denna kunskap är viktig, dock, om klimatmodeller ska kunna uppskatta hur snabbt klimatet kommer att förändras, även för regionen runt Nordpolen, "förklarar professor Manfred Wendisch från Leipzig universitet, som också är talesman för Collaborative Research Center "Arctic Climate Change" i German Research Foundation (DFG). Nätverket inkluderar universiteten i Bremen, Köln och Leipzig samt AWI i Bremerhaven och TROPOS i Leipzig. Syftet med forskningsnätverket är att observera de dramatiska klimatförändringarna i Arktis med hjälp av olika metoder för att förbättra modellernas tillförlitlighet och möjliggöra mer exakta förutsägelser om ytterligare uppvärmning i Arktis. MOSAiC -expeditionen kommer att ge ett betydande bidrag till detta och kommer att utvärderas intensivt av allianspartnerna under de kommande månaderna.

"Jag är mycket nöjd med hur MOSAiC -expeditionen utvecklats, och vilken fullständig framgång det har varit. Genom expeditionen, vi kan tillhandahålla klimatdata och observationer som mänskligheten så akut behöver för att kunna fatta grundläggande och angelägna politiska beslut om klimatskydd, "sade prof Markus Rex, Expeditionsledare och chef för MOSAiC -projektet, Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI). "Vi har sett hur den arktiska isen dör. På sommaren, även på nordpolen, den kännetecknades av omfattande smältning och erosion. Om vi ​​inte gör omedelbara och omfattande insatser för att bekämpa klimatuppvärmningen, vi får snart se isfria arktiska somrar, som kommer att få oberäkneliga konsekvenser för vårt eget väder och klimat. Även om Central Arktis idag fortfarande är en fascinerande, fruset landskap på vintern, isen är bara hälften så tjock som för 40 år sedan, och de vintertemperaturer vi stötte på var nästan alltid tio grader varmare än vad Fridtjof Nansen upplevde på sin banbrytande arktiska expedition för över 125 år sedan. "

Den 20 september 2019 avgick Polarstern från den norska hamnen i Tromsø, på väg mot Central Arktis, klimatförändringens epicentrum. Väl där, fartyget lät sig fastna i isen, och började en ett år lång drift över Nordpolen, helt till pris av naturkrafter - vägen och hastigheten bestämdes enbart av isdrivningen, drivs av vind och strömmar. Över expeditionens fem kryssningsben, totalt 442 forskare, Polarstern besättningsmedlemmar, unga utredare, lärare och medlemmar i pressen deltog. Sju fartyg, flera flygplan och mer än 80 institutioner från 20 länder var inblandade. Forskarna, som kom från 37 länder, hade ett gemensamt mål:att undersöka komplexa interaktioner i klimatsystemet mellan atmosfären, is och hav, för att bättre representera dem i klimatmodeller. De utforskade också livet i centrala Arktis under ett helt år. Nu har de återvänt hem med en mängd intryck från det snabbt föränderliga Arktis, och med en oöverträffad skattkammare av data, som en hel generation klimatforskare kommer att fokusera på att analysera.

Ur Leipzigs perspektiv, nästa stora mätkampanj i Arktis blir "HALO (AC)" -uppdraget med det tyska forskningsflygplanet HALO och Polar 6 våren 2022. Den bundna ballongen BELUGA, å andra sidan, kommer redan att återvända till den arktiska himlen under sensommaren 2021 - om pandemiska förhållanden tillåter det. Den här gången, dock, från fast mark i forskningsbyn Ny-Ålesund på Spitsbergen.