Historian suurin napaseudun tutkimusmatka

Historian suurin napaseudun tutkimusmatka käynnistyi syyskuussa 2019 ja kesti vuoden. Matkan taustalla on yli kymmenen vuoden suunnittelutyö. Polarstern-tutkimusalus jatkaa Fritjof Nansenin Framin retkikunnan (1893–96) jalanjäljissä ja ajelehtii vuoden ajan napajään vangitsemana pohjoisnavan lähellä. Tavoitteena on ymmärtää paremmin arktista ilmastojärjestelmää ja maailmanlaajuista ilmastonmuutosta. Linde toimittaa useita kaasuja edistyksellisiin mittauksiin.

Pohjoisnavan vaativin ja pimein vuodenaika alkaa syksyllä. Aurinko laskee horisontin alle ja nousee ylös vasta keväällä. Lämpötila laskee epäinhimillisen alas, ja jää paksuuntuu niin, ettei yksikään jäänmurtaja voi rikkoa sitä. Tutkimusalukset pakenevat etelään, etteivät ne juuttuisi jäähän, kun taas Polarstern-jäänmurtaja tekee päinvastoin. Arktinen talvi on juuri se, mitä tutkijat ovat etsimässä.

World's largest polar expedition — Polarstern ajelehtii napajään keskellä. Kuva: Alfred Wegenerin laitos (CC-BY 4.0)

MOSAiC

Miehistö lähti matkaan kohti Itä-Siperiaa ja pohjoisnapaa syyskuun loppupuolella 2019 Pohjois-Norjan Tromssasta. Kapteeni ohjaa aluksen suuren jääalueen keskelle, sammuttaa moottorit ja antaa Polarsternin juuttua paikalleen kokonaisen vuoden ajaksi. Lämpötila on pistävän kylmä, –45°C.

Tutkimusmatkan nimi on MOSAiC (Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, suom. monialainen ajelehtiva havaintoasema arktisen ilmaston tutkimukseen). Sitä johtaa saksalaisen Alfred Wegenerin laitoksen napaseutujen ja merten Helmholtz-tutkimuskeskus (AWI). Matkalla kerätään dataa merijäästä ja ekosysteemeistä, jotta arktisen alueen ilmastonmuutoksesta saadaan uutta tietoa.

Edistyksellisten mittausten avulla tutkijat haluavat paljastaa tärkeitä puolia arktisista järjestelmistä: ajelehtivasta jäästä, myrskyisästä valtamerestä, ilmakehästä, ekosysteemeistä ja biogeokemiallisesta kierrosta. He haluavat muun muassa selvittää, sitooko Jäämeri enemmän kasvihuonekaasuja kuin mitä se päästää ilmakehään sen kasviplanktonilla, joka sitoo hiilidioksidia fotosynteesissä. Kaiken tutkimuksen tavoitteena on ymmärtää arktista säätä ja ilmastoa paremmin sekä niiden vaikutusta maailmanlaajuisiin sääolosuhteisiin.

Mittauksissa käytettävät kaasut

Jäälle rakennetaan väliaikainen tutkimusleiri. Leirissä on erilaisia edistyksellisiä antureita, säähavaintopalloja ja tutkimusdroneja, joilla mitataan ilmakehää, sekä kaukohavainnointilaitteita, joilla mitataan jään ja lumen ominaisuuksia.

Eri laitteiden kemikaalisiin mittausprosesseihin tarvitaan kaasuja. Coloradon yliopisto otti Lindeen yhteyttä sen kumppanin, Tromssan yliopiston kautta. Linde on taannut säännölliset kaasutoimitukset Tromssan satamasta lähtevillä aluksilla Polarsternille.

Linde toimittaa heliumia ja happea erilaisten epävakaiden orgaanisten ja halogenoitujen yhdisteiden mittaukseen, jotta aerosolin ja pilvien muodostumisen taustalla olevia kemiallisia reaktioita voitaisiin ymmärtää paremmin. Pilvien uskotaan olevan yksi tärkeimmistä mutta vähiten ymmärretyistä tekijöistä, jotka vaikuttavat arktisen alueen säteily- ja energiabudjettiin.

Argonia käytetään kantokaasuna kaasumaisen yhdistymättömän elohopean mittauksissa. Elohopeaa esiintyy kaikkialla ympäristössä, ja se pystyy kulkemaan satoja kilometrejä kaasumuotoisena ilmakehän kautta. Toisin sanoen se voi päätyä lähdealueilta, kuten eteläisempien leveysasteiden hiilivoimaloista tai tulivuorista, aina arktiselle seudulle saakka. Arktisen alueen ilmakehän kemia on etenkin keväällä sellainen, että Arktiksen pinnasta voi tulla ilmakehän elohopean voimakas nielu. Tällöin se on viimeinen päätepiste tämän vaarallisen saasteen kulkuketjussa lähdealueilta arktisen alueen ravintoverkkoon.

Hiilidioksidia/metaania käytetään vakiokaasuina laitteissa, joilla mitataan hyvin tunnettuja kasvihuonekaasuja. Näin voidaan tutkia sitä, miten näitä kaasuja syntyy ja tuhoutuu arktisella alueella, ja ymmärtää lähteiden ja nielujen maailmanlaajuista tasapainoa paremmin.

Typpeä käytetään mittalaitteiden tärkeänä laadunvarmistustyökaluna, ja sillä voidaan varmistaa kaikkien laitteiden ajallinen synkronointi.

Typpioksidia käytetään otsonin mittauksessa. Otsoni on hyvin tärkeässä roolissa pilvien/aerosolin muodostumisen kemiallisissa reaktioissa sekä esimerkiksi elohopean kaltaisten saasteiden laskeutumisessa. Otsonikato ja ilmakehän elohopeakato ovat yhteydessä toisiinsa. Typpioksidia (NO) käytetään vakiokaasuna typpiyhdisteiden (NO, NOx, NOy) mittauksessa. Myös näillä yhdisteillä on merkittävä rooli ilmakehän kemiallisessa järjestelmässä.

Ice bears checking out the research station flags — Jääkarhut tutkimassa tutkimusaseman lippuja. Kuva: Alfred Wegenerin laitos / Esther Horvath (CC-BY 4.0)

Venäläinen jäänmurtaja ja toimitusalus ovat matkalla Polarsternille. Alfred Wegenerin laitos / Manuel Ernst, Dieter Stürmer (CC-BY 4.0)

Kansainvälistä ja monialaista tutkimusta

MOSAiC on kansainvälinen projekti, johon osallistuu yli 300 tutkijaa 70 laitoksesta ja 20 maasta. He haluavat ymmärtää planeetan mysteerisimpiä ja vähiten asutettuja alueita ja keräävät suuria määriä tietoa tulevien sukupolvien käyttöön.

Tietoja:

Tutkimusmatkan suunniteltu kesto on 388 päivää. Se alkoi 20. syyskuuta 2019
RV Polarsternille tuodaan täydennystoimituksia muilla jäänmurtajille Kiinasta ja Venäjältä.
Jää kulkee noin 7 kilometriä päivässä.
Tutkimusmatkaan osallistuu 20 maata.
Tutkimusmatkan aikana aluksessa on 600 asiantuntijaa, ja taustatyötä tekevät 300 henkilöä, jotka mahdollistavat tutkimusmatkan tekemisen.
RV Polarstern matkustaa noin 2 500 kilometriä.
Auringoton kaamosaika jatkuu 150 päivää.
6 henkilöä toimii ”jääkarhuvahteina”, jotta tutkijat voivat tehdä töitä turvallisesti.
Talvella lämpötila voi laskea –45 °C:een.
Pelkät tutkimusmatkan operatiiviset kustannukset ovat 200 000 euroa päivässä. Se ei sisällä laitteisiin ja tutkijoihin liittyviä kustannuksia.
Valvonta-asemia on jopa 50 kilometrin päässä Polarsternistä.
Merijään on oltava vähintään 1,5 metrin paksuista, jotta sen pinnalle voidaan asettaa infrastruktuuria.
Mittauksia tehdään jopa 35 000 metrin korkeudessa ja 4 000 metrin syvyydessä merenpinnasta.
Vastaavaa tutkimusmatkaa ei ole toistaiseksi koskaan tehty arktisen alueen keskiosiin.