Годовая миссия в Арктике закончилась, и данные неутешительны. Что ждет человечество?

О какой миссии идет речь?

127 лет назад норвежский исследователь и исследователь Фритьоф Нансен отправился в первое в истории дрейфующее путешествие на своем деревянном парусном корабле Fram. Однако такой экспедиции еще не было. Впервые в рамках проекта MOSAiC зимой вблизи Северного полюса использовался современный исследовательский ледокол с современными и точными научными приборами на борту.

Идея миссии заключалась в том, чтобы воссоздать историческое путешествие норвежского полярного исследователя.

Название MOSAiC (Междисциплинарная дрейфующая обсерватория для изучения климата Арктики) отражает сложность и разнообразие этой экспедиции.

По сути, MOSAiC — первая круглогодичная экспедиция в центральную Арктику, изучающая климатическую систему региона. Проект с общим бюджетом, превышающим 140 млн евро, был разработан международным консорциумом ведущих полярных исследовательских институтов во главе с Институтом Альфреда Вегенера и Центром полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI).

Что изучала миссия?

Корабль Polarstern провел год на полярном севере. Кстати, большую часть этого времени у него были выключены двигатели. В результате он мог просто дрейфовать по морскому льду. Это сделало сбор данных более точным, а саму миссию более экологичной.

Итак, что же хотели выяснить ученые? Их волновал не только климат Арктики, эксперты стремились понять, как именно он меняется.

Международные эксперты проводили исследования в 5 основных интересующих областях. В различных научных лабораториях изучались атмосфера, океан, морской лед и экосистема Арктики.

Атмосфера

Больше нигде на нашей планете последствия изменения климата не были столь масштабны и очевидны, как в Арктике. Понимание этих эффектов — основная цель измерений, которые будут проводиться во время экспедиции MOSAiC. Измерения проводились от поверхности льда до верхних слоев стратосферы на высоте 35 км.

Исследователи уделили особое внимание мелкомасштабным локальным процессам на поверхности льда и океана, характеристикам арктических облаков. А также тому, как различные типы облаков влияют на солнечный свет и испускают собственное тепловое излучение. Эксперты исследовали снегопады в Арктике: как в облаках сначала образуется снег и как на процесс влияют мельчайшие аэрозольные частицы и капли в в атмосфере региона.

Всякий раз, когда во льду образуется небольшая трещина, большое количество тепла и водяного пара проникает глубоко в атмосферу, нагревая ее. И благодаря изменению климата эти трещины образуются гораздо чаще. Более того, водяной пар, выходящий через трещины, вызывает образование облаков, которые, в свою очередь, резко меняют тепловой баланс Арктики. Оказывают ли они согревающий или охлаждающий эффект, зависит от высоты и характеристик соответствующего облака — вот что стремились выяснить ученые. Кроме того, их интересовало, состоят ли эти облака в основном, например, из кристаллов льда или, несмотря на низкие температуры в Центральной Арктике, жидких капель воды?

Океан

За последние несколько десятилетий исследователи неоднократно изучали Северный Ледовитый океан и, например, температуру воды или течения на разных глубинах. Тем не менее, эта работа в основном заключалась в редких посещениях регионах на ледоколах или коротких исследовательских полетах в летние месяцы. Соответственно, большая часть данных была собрана всего за несколько (летних) месяцев. Во время экспедиции MOSAiC ученые впервые смогли отследить широкий спектр физических параметров в течение всего года с помощью созданной на льдине распределенной сети.

Одной из центральных исследовательских задач, которая была поставлена MOSAiC, предоставить лучшее понимание того, как эволюционирует морской лед. Работа океанографов была особенно сосредоточена на циркуляции океана в верхних слоях воды. А именно на крупномасштабной циркуляции океанских течений, которые переносят огромные количества воды в Арктику и из нее.

Лед

Изменение климата трансформирует арктический морской лед. Сегодня он тоньше, моложе и более подвержен дрейфованию, чем традиционный многосезонный паковый лед толщиной в несколько метров. Но лед — это не просто четко видимый барьер между океаном и атмосферой; он также оказывает большое влияние на различные процессы, происходящие в них обоих.

Кроме того, морской лед взаимодействует с арктической экосистемой и веществами, производимыми арктическими организмами. Они, в свою очередь, управляют биогеохимическими процессами во всей системе региона. В свете этих сложных взаимосвязей возникает насущный вопрос: учитывая изменения во льдах, как меняется климат в Арктике и как это повлияет на климат в других частях Земли?

Соответственно, морской лед как центральный элемент климата и экосистемы Арктики стал одним из основных направлений исследований экспедиции MOSAiC. Впервые у исследователей была возможность постоянно отслеживать изменения льда в течение каждого сезона.

Вот основные вопросы, которыми задавались ученые

• Когда образуются торосы пакового льда или каналы во льду? Как океанские течения и ветры в атмосфере вызывают дрейф льда?
• Как меняется местный и региональный обмен энергией при изменении толщины и характеристик снежного и морского льда? Как изменения в соответствующие сезоны влияют на общий годовой баланс? И как эти процессы и изменения выглядят на спутниках и в модельных исследованиях?
• Какие шаги необходимо предпринять, чтобы лучше понять состояние морского льда и, в конечном итоге, составить более точные прогнозы? Эти исследования напрямую объединяют выводы океанографов и, в свою очередь, служат основой для исследований, проводимых командой по атмосфере.

Экосистема

Центральная часть Северного Ледовитого океана — одно из самых экстремальных мест обитания на Земле. Месяцы полной темноты, температура воды ниже нуля и наличие морского льда большую часть года — это одни из многих уникальных природных условий региона. Хотя с точки зрения человека все они кажутся экстремальными, Северный Ледовитый океан является домом для тысяч видов крошечных растений (микроводорослей) и животных. Они обитают внутри морского льда или прикреплены к нему в толще воды (планктон), а также в водах и на морском дне.

Хотя за последние десятилетия был достигнут значительный прогресс в изучении экосистемы Арктики, понимание ее функционирования остается важным вкладом ученых MOSAiC. Круглогодичный отбор проб и экспериментальная работа биологов дали уникальное понимание всей пищевой сети и важности ее участников.

Что бы лучше понять уникальную экосистему региона, биологи MOSAiC брали пробы льда и воды, используя широкий набор инструментов. Было проведено множество экспериментов для изучения взаимодействий пищевых сетей и реакции на изменения окружающей среды.

Понимание экосистемы Арктики сейчас имеет решающее значение, поскольку в Северном Ледовитом океане происходят драматические изменения окружающей среды с потерей летнего морского льда и повышением температуры воды. Исследования MOSAiC стали важной вехой в формировании следующих десятилетий арктических морских биологических исследовании, Кроме того, результаты могут направить общество в верном направлении при принятии стратегических решений в отношении изменения климата.

Что удалось выяснить?

На борту RV Polarstern и на морском льду рядом с ним, в так называемом ледяном лагере, были созданы крупномасштабные исследовательские центры, посвященные ключевым аспектам совместной климатической системы Арктики.

Лидер экспедиции, профессор Маркус Рекс, вернулся с важным предупреждением для человечества. «Морской лед умирает», — предупредил он.

«Этот регион находится в опасности. Нам удалось стать свидетелями того, как исчезает лед даже в тех областях, где он должен был быть толщиной в несколько метров, даже на самом Северном полюсе — этого льда больше нет», — заявил ученый из института Альфреда Вегенера во время пресс-конференции в Бремерхафене.

Летом исследователи лично убедились в драматических последствиях глобального потепления для льда в регионе, который, по словам руководителя миссии Маркуса Рекса, считается «эпицентром изменения климата».

«Мы могли видеть широкие участки открытой воды, доходящие почти до полюса, окруженные льдом, который был пронизан дырами, образовавшимися в результате массового таяния», — объясняет Рекс. Его главный вывод, который стоит услышать всем: «Арктические льды исчезают с огромной скоростью». Наблюдения исследователей были подтверждены снимками со спутников США, показывающими, что в 2020 году морской лед в Арктике достиг второго самого низкого летнего минимума за всю историю наблюдений после 2012 года.

Анализ образцов миссии

Миссия Polarstern, получившая название MOSAIC, потратила в общей сложности 389 дней на сбор данных об атмосфере, океане, морском льде и экосистемах, чтобы помочь оценить влияние изменения климата на регион и мир. Для проведения исследований на морском льду были установлены четыре наблюдательных пункта в радиусе до 40 км вокруг корабля.

Исследователи собрали пробы воды из-под льда полярной ночью, чтобы изучить планктон растений и бактерии и лучше понять, как морская экосистема функционирует в экстремальных условиях. Экспедиция стоимостью 140 млн евро (165 млн долларов) также доставила на берег более 1 000 образцов льда.

Сейчас, когда арктическая Одиссея подходит к концу, начнется серьезная работа по анализу образцов и данных, полученных или записанных на месте. Процесс анализа займет до двух лет. Основная цель — разработка моделей, которые предскажут, какими будут волны тепла, сильные дожди или штормы через 20, 50 или 100 лет.

«Чтобы построить климатические модели, нам нужны наблюдения на месте», — объяснила в интервью для AFP Рэдианс Калмер, женщина-исследователь из Университета Колорадо, которая был на борту Polarstern с июня по сентябрь. По ее словам, команда использовала дроны для измерения температуры, влажности, давления и скорости ветра, чтобы создать картину условий в регионе, которая будет «очень полезна для создания точной климатической модели».

Сложности миссии

С момента отправления корабля из Тромсё, Норвегия, 20 сентября 2019 года, команда наблюдала долгие месяцы полной темноты, температуры до –39,5 по Цельсию. Кроме того, участники миссии заметили около 20 белых медведей. Ничтожно мало для такой обширной области исследований и года наблюдений.

Весной миссия была почти сорвана из-за пандемии коронавируса. Однако COVID-19 лишь ненадолго прервал экспедицию, но не из-за того, что участники заболели. Ограничения вынудили корабль в какой-то момент покинуть льдины, чтобы отправиться за следующей сменой ученых. Другие корабли и самолеты должны были доставить участников прямо на Polarstern, но международные ограничения на передвижение сделали это практически невозможным в начале и середине этого года.

Во время экспедиции несколько сотен исследователей из 20 стран провели время на борту немецкого корабля, который путешествовал со льдом по ветровому маршруту, по сути, дрейфуя через ледники. Само путешествие было огромной логистической проблемой. Важно отметить и проблему кормления экипажа. В течение первых трех месяцев груз корабля включал 14 000 яиц, 2 000 л молока и 200 кг брюквы.

Однако судовой повар Свен Шнайдер, заявил, что он не недооценил важность своей роли в миссии. «Моей работой было поддерживать моральный дух 100 человек, живущих в полной темноте», — сказал он в интервью немецкой еженедельной газете Die Zeit.

Какое будущее готовит человечеству Арктика?

Лидер экспедиции, профессор Маркус назвал проект MOSAiC огромным успехом.

Он пояснил, что масса данных и образцов, которыми сейчас владеют исследователи, создадут точное моделирование. Его ученые используют для прогноза будущего изменения климата, который будет намного более надежным.

По его словам, ученым MOSAiC удалось будто показать внутреннюю работу замысловатых часов.

«Мы рассмотрели все элементы вплоть до различных винтов этой арктической системы. И теперь мы понимаем весь часовой механизм лучше, чем когда-либо прежде. И, возможно, мы сможем воссоздать эту арктическую систему на компьютерной модели», — заявил он репортерам BBC.

Плавучий лед отступил до площади чуть менее 3,74 млн кв. км (1,44 млн кв. миль). Единственный раз, когда этот минимум был побит, был 2012 год, когда площадь паковых льдов сократилась до 3,41 млн квадратных км.

Тенденция к снижению составляет около 13% за десятилетие, в среднем за сентябрь.

«Это отражает потепление в Арктике, — заключает профессор Рекс. — Лед исчезает, и если через несколько десятилетий у нас будет Арктика, свободная ото льда, это окажет серьезное влияние на климат во всем мире».

Как проходила миссия?

В течение одного года Polarstern корабль был центром крупнейшей арктической исследовательской экспедиции за всю историю, проводя полный годовой цикл в лабиринте массивных арктических льдов. Исследовательское судно, флагман Института Альфреда Вегенера, завершив свою миссию, стал символом как немецких, так и международных полярных исследований.

Первоначально введенный в эксплуатацию в 1982 году, Polarstern до сих пор остается одним из самых современных и универсальных полярных исследовательских кораблей в мире. В период с 1999 по 2001 год корабль был полностью отремонтирован и теперь оснащен новейшим оборудованием и технологиями. 

Пройдя около 50 000 морских миль в год, Polarstern провел научные исследования, а также пополнил запасы исследовательских станций Института Альфреда Вегенера — таких как станция Neumayer Station III. Это исследовательский институт в Антарктике, обслуживаемый круглый год. До 2019 года Polarstern преодолела более 1,7 млн морских миль, что составляет примерно 3,2 млн км.

Тандем Polarstern и MOSAiC

Даже для надежного Polarstern и ее опытной команды экспедиция MOSAiC представляла собой серьезную проблему. Только благодаря особым техническим деталям этот корабль мог стать центром экспедиции столь масштабной миссии. Polarstern не только способен работать в зоне паковых льдов — морской лед толщиной не менее 3 м, просуществовавший более 2 годовых циклов нарастания и таяния. В виде обширных ледяных полей наблюдается преимущественно в Арктическом бассейне. Проще говоря, многолетний лед.

Благодаря своему стальному корпусу с двойными стенками и мощностью 20 000 лошадиных сил Polarstern также легко преодолевает толстые слои льда путем тарана. 

Будучи оснащенным для продолжительных операций при температурах арктической зимы, до –50 °C, Polarstern также способен выдерживать зиму во льдах полярных морей. Однако внутри корабля, где работают и живут около 100 исследователей, техников и членов экипажа MOSAiC, вовсе не холодно.

Также у Polarstern на борту были различные транспортные средства — вертолеты, снегоходы, ратраки Pistenbullies и т. д. Это позволило исследователям проводить измерения и собирать данные не только в центральной обсерватории, но и в удаленной распределенной сети. Самая современная бортовая компьютерная система обеспечила надежную и регулярную запись, сохранение и пересылку всех собранных научных данных.

Читать также

Исследование: экология Земли резко поменялась за последние 70 лет

Ученые поменяли структуру солнечной батареи и увеличили ее эффективность на 125%

На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком