Ett forskarlag från ETH Zürich och WSL reste till Spetsbergen i somras för att titta närmare på fenomenet arktisk grönning. Projektledaren Sebastian Dötterl diskuterar forskning inför isbjörnar, strejker och krig.

– Vi såg landskap där permafrosten har kollapsat över stora områden, säger Sebastian Dötterl, professor i markresurser, med oro. Han har precis kommit hem från en fältkampanj i Spetsbergen, en skärgård som ligger på cirka 78 grader nordlig latitud, där termometern klättrar till i genomsnitt 9 grader Celsius på sommaren.

Han och 11 andra forskare från ETH Zürich och det schweiziska federala institutet för skogs-, snö- och landskapsforskning (WSL) hade rest dit i mitten av juli efter långa, komplexa och nervkittlande förberedelser. Teamets mål var att utforska bakgrunden och mekanismerna för fenomenet som kallas Arctic Greening – och Spetsbergen är ett idealiskt fältlaboratorium för detta.

Största och tuffaste strävan

För bara några dagar sedan låg Dötterl på knä på tundran i vind- och regntäta kläder och en ullig hatt för att samla jordprover. Nu sitter han på sitt mörka kontor i shorts och t-shirt. Han verkar lite sliten, men förändringen från den kyliga Arktis till Zürichs augustihetta är inte den enda anledningen:fältforskningen på själva Spetsbergen var ansträngande – eller snarare de allmänna förhållandena som fanns.

"När det gäller skala och svårighetsgrad satte denna strävan verkligen mina tidigare fältarbeten i skuggan", säger Dötterl. "Jag har aldrig behövt hantera så tuffa förhållanden som jag gjorde i det här projektet, och det är trots att vi också gör mycket fältforskning i regioner som Kongo."

Coronavirus, krig och en pilotstrejk

För det första försenade coronavirus-pandemin starten av projektet med mer än ett år. Sedan startade Ryssland sitt krig mot Ukraina i februari, vilket innebar att det schweiziska forskarteamet inte fick använda infrastruktur som drivs av den ryska staten på Spetsbergen som planerat. Som tur var kunde teamets norska partners chartra ett segelfartyg och besättning med kort varsel så att forskarna hade tak över huvudet och kunde nå sina studieområden.

Men det var inte allt:strax före avgång i juli satte en pilotstrejk på det skandinaviska flygbolaget SAS hela satsningen i fara igen. "Om inte min doktorand Sigrid och hennes kollegor hade reagerat så snabbt och dubbelbokat flyg för alla expeditionsmedlemmarna hade vi aldrig tagit oss till Spetsbergen", säger Dötterl.

Utforskar snabba förändringar i Arktis

Longyearbyen, Spetsbergens huvudstad, är utgångspunkten för forskargruppen av växtekologer, markforskare, geoekologer och mikrobiologer att undersöka de lokala mönstren och mekanismerna för arktisk grönare de kommande åren som en del av ett ETH+-projekt. Förutom Dötterls grupp involverar projektet forskare som leds av Jake Alexander, Alex Widmer, Cara Magnabosco (alla vid ETH Zürich) och Aline Frossard vid WSL.

Drivkraften för detta forskningsprojekt kom från det faktum att den globala uppvärmningen snabbt förändrar ekosystemen. Och dessa förändringar går i ännu snabbare takt i Arktis än på andra håll i världen. Temperaturerna i norra delen har till exempel sett en mycket större ökning än de globala medeltemperaturerna under de senaste tre decennierna.

Detta gör inte bara att ismassorna smälter, utan också att jordar och växter i den arktiska tundran förändras. Mellan 1984 och 2012 blev 30 % av tundran i Nordamerika grönare, har en NASA-studie visat. Men varför vissa områden av tundran grönskar upp starkare och snabbare än andra är förmodligen relaterat till lokal markens bördighet och mikroklimat.

För det första fokuserar ETH- och WSL-forskarna på inhemska och introducerade växter och hur de reagerar på uppvärmning. Forskarna studerar också hur markutvecklingen accelererar och biogeokemiska cykler förändras. För detta ändamål studerar de ursprungliga tundrajordar såväl som störda jordar nära bosättningar och näringsrika jordar i fågelkoloniernas upptagningsområde.

Dessutom vill forskarna ta reda på vilken roll mikrober kommer att spela i växters kolonisering av råa jordar och i de föränderliga mikrobiella samhällena i bättre utvecklade jordar.

Från deras data hoppas forskarna i slutändan kunna härleda en modell som inkluderar förändringar i vegetation, jordar och mikroorganismer och som kan användas för att förutsäga framtida förändringar i arktiska ekosystem.

Improvisation var dagens ordning

Trots alla ansträngningar teamet ställdes inför är Dötterl mycket nöjd med hur expeditionen han projektledde gick till. "På plats gick nästan allt som vi hade hoppats", säger han glatt.

Med undantag för en plats – myndigheterna stängde en bosättning på grund av en herrelös isbjörn – kunde de komma åt alla undersökningsområden som begärts och samla in prover:totalt 1,2 ton jordmaterial. En del av detta fraktade forskarna fryst till Zürich, där materialet kommer att analyseras i laboratoriet nästa vinter. Dessutom samlade de in hundratals växtprover och frömaterial samt hundratals mikrobiologiska prover.

Forskning på Spetsbergen

För att bevara det genetiska material som dessa prover innehöll, måste de omedelbart frysas på fältet och transporteras i flytande kväve vid -80 grader Celsius. Med tanke på bristen på strömförsörjning för detta i vildmarken skickade forskarna i förväg en tank innehållande 400 liter flytande kväve vid ett tryck på 4 bar till Spetsbergen. Men tanken visade sig ha en läcka, så när den nådde ön efter tre veckors förvaring i Tromsø var det knappt 100 liter kvar i den. Trycket hade sjunkit till 1 bar. "Det räckte precis", säger Dötterl.

En del av forskargruppens andra tekniska kit krävde också improvisationskunskaper ibland. Ett mjukvarufel fick en av de tre drönarna de hade med sig att krossa i en sten på sitt allra första uppdrag. Kamerorna som den bar på var dock fortfarande intakta. Så att de fortfarande skulle kunna ta bilder av studieområdena ovanifrån, monterade forskarna sensorerna på spetsen av en metallstolpe som var 4 meter lång. De kanske var tvungna att bära ut stången framför sig som en flagga, men de kunde åtminstone ändå ta flygväxtbilder.

Laboratorium och resa till Nordnorge planerad

Den intensiva första fältsäsongen kommer nu att följas av mycket laboratoriearbete och ytterligare ett fältarbete nästa sommar i Nordnorge. Där ska teamet studera jordar och växter i södra foten av den arktiska tundran. Denna livsmiljö är den varmare fastlandets motsvarighet till Spetsbergens höga tundra.

Därefter är det dags att analysera den omfattande data som kommer att ligga till grund för modellering. Sammantaget är projektet planerat att pågå till 2025 – förutsatt att ekonomin räcker till. "De många förseningarna och ändringarna av programmet har tagit en ganska stor tugga ur vår budget", erkänner Dötterl uppriktigt.

Att det här projektet gick så bra trots alla motgångar var tack vare de tre inblandade doktoranderna:Sigrid Trier Kjaer, Lena Bakker och Jana Rüthers. "Det var de som organiserade all logistik så bra, vilket räddade projektet. Det var en stor bedrift", säger Dötterl glatt.

Alla andra deltagare var också mycket motiverade; de tog hand om varandra och upprätthöll en mycket god och kollegial arbetsrelation. "Det är inget man kan ta för givet i ett så svårt projekt som det här och under de ibland trånga förhållandena på fartyget", säger Dötterl. + Utforska vidare

Mikrobiell respons på ett föränderligt och brandbenägt arktiskt ekosystem