Hur hänger livet i havet och isen ihop med hur moln bildas i Arktis? Och hur kan detta påverka klimatet? Det är temat för en forskningsexpedition till Arktis med den svenska isbrytaren Oden i sommar. Stockholms universitet leder forskningen ombord.
Arktis klimat är mycket känsligt för förändringar. Det är ett område som just nu förändras snabbare än någon annanstans på jorden. Den globala uppvärmningen har gjort att Arktis har förlorat stora mängder havsis under sommaren. Hur kommer detta att påverka det arktiska klimatet i framtiden? Kanske kommer Nordostpassagen att vara farbar av handelsfartyg redan om tio år? De ekonomiska och politiska konsekvenserna kan bli stora. Kommer isen att fortsätta smälta när havet absorberar mer solstrålning? Eller kan förhållandena bli mer gynnsamma för biologisk aktivitet och molnbildning, vilket istället leder till att havet blir kallare? Det är några frågor som forskarna vill få svar på under sommarens expedition.
– Målet är att bidra med 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, dess känslighet och gensvar för klimatförändringar orsakade av mänskliga aktiviteter, säger Caroline Leck, professor i kemisk meteorologi vid Meteorologiska institutionen (MISU), Stockholms universitet, och ledande forskare för expeditionen tillsammans med Patricia Matrai vid Bigelow Laboratory for Ocean Science i USA.
Moln spelar en viktig roll i Arktis eftersom de påverkar hur mycket solstrålning som når ytan. För att moln ska kunna bildas krävs en viss mängd vind, fuktighet och temperatur, men också att det finns små partiklar som hålls svävande i luften, så kallade aerosoler, som fungerar som embryon för vattendropparna i molnen.
– Vår nuvarande förståelse av molnens roll i Arktis är inte tillräcklig för att kunna uppskatta deras betydelse för isens framtida utbredning. Därför behöver vi studera kopplingen mellan livet i havet och molnen på plats, en logistisk och teknisk utmaning utöver det vanliga i det ogästvänliga och svåråtkomliga området kring Nordpolen, säger Caroline Leck.
Expeditionen är en kombinerad amerikansk och svensk satsning som involverar 40 forskare från hela världen. Avresan mot Nordpolen sker den 20 juli från Helsingborg och den huvudsakliga forskningen kommer att äga rum vid omkring nittionde breddgraden. Här kommer den svenska isbrytaren Oden att lägga till vid ett tungt isflak och sedan driva fritt i ungefär fem veckor så att forskarna kan samla in prover från havet, isen och luften.
Bland annat vill de ta reda på hur molnen är kopplade till det mikrobiologiska livet i havet och isen – något som är särskilt framträdande under sommaren. Då hamnar isalger och bakterier i vattnet mellan isflaken och ju mer havet öppnas när isen drar sig tillbaka, desto fler mikrobiologiska partiklar, eller aerosoler, förs upp i luften med hjälp av bubblor i vattenytan och blir luftburna.
Vattenångan i luften får då fler partiklar att kondensera på och det blir fler men mindre droppar i molnen. Mindre och fler molndroppar kan effektivt kyla luften vid isytan genom att hindra solvärmen från att tränga ner till ytan, då solstrålarna reflekteras tillbaka till rymden från molnens ovansida. Detta medför konsekvenser för vid vilken tidpunkt på hösten som isen fryser till igen. Om frysning inträffar tidigare på året kan det leda till att öka havsisens tjocklek under vintern. Om en sådan process skulle återkomma under flera år, kan det fördröja eller till och med förhindra att havsisen smälter helt under den arktiska sommaren. Med andra ord skulle det innebära en negativ återkopplingsmekanism som i förlängningen skulle kunna motverka att istäcket i Norra ishavet försvinner.
För att ta reda på hur partiklarna styr de arktiska molnens livscykel kommer forskarna att undersöka vad som är källan till bubblorna och aerosolerna i det öppna vattnet.
– I dessa råkar kan man observera bubblor som spricker och sprutar ut aerosoler i atmosfären. Hur många partiklar producerar bubblorna? Hur stora är de? Var kommer bubblorna ifrån? Och hur viktiga är de i processen att bilda låga moln, säger Matt Salter, aerosolfysiker vid Institutionen för miljövetenskap och analytisk kemi (ACES), Stockholms universitet, och en i forskarteamet.
Proverna från havet kommer att samlas in med bland annat en katamaran och en flytande aerosolkammare. Partiklar och molndroppar i atmosfären runt båten fångas in med hjälp av en Zeppelinballong som skickas upp en kilometer i luften och med hjälp av speciella instrument, vilka installeras på övre däck.
– Genom att dammsuga luften och föra in den i en container med instrument kan vi sedan studera dropparnas och partiklarnas mikrofysikaliska egenskaper och kemiska sammansättning. Man kan säga att vi tar med oss de arktiska molnen tillbaka till Sverige, säger Paul Zieger, atmosfärisk fysiker och biträdande lektor vid ACES, som också deltar i expeditionen.
Forskare vid 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 kräver en satsning på avancerad teknisk utrustning och avancerade analytiska metoder som aldrig har använts i regionen tidigare är sommarens expedition helt nyskapande och en förutsättning för banbrytande landvinningar. Den arktiska regionen fortsätter att genomgå stora förändringar till följd av klimatförändringar orsakade av mänskliga aktiviteter. Expeditionen möjliggör inte bara genombrytande vetenskapliga landvinningar utan säkerställer även att Sverige fortsätter sin långa tradition av världsledande forskning i regionen, säger Caroline Leck.
