Arktis är en avlägsen plats, långt från det mesta av den mänskliga civilisationen, men oproportionerligt betydelsefull för vår allt varmare planet. Centrala Arktis berörs sällan av någon människa direkt, men stigande koldioxidhalt och långväga föroreningar förändrar den känsliga balansen mellan havet, atmosfären och isen.

Syftet med expeditionen Arctic Ocean 2018 är att studera detta gigantiska system från insidan genom att med isbrytaren Oden driva med isen i fem veckor och göra observationer, från slutet av sommaren till början av höstens nedfrysningsperiod. Det kommer att finnas flera forskargrupper ombord, med expertis inom fysikalisk, biologisk och kemisk oceanografi och atmosfärforskning. Expeditionens övergripande fokus är att studera hur det arktiska systemet fungerar nu, men det yttersta målet är att förstå hur det kan förändras i framtiden.

Molnen styr energibudgeten

Nyckeln till att förstå den här miljön är energi: balansen mellan den energi som kommer in från solen, den som förloras från jordytan och fördelningen däremellan. Därför är projektet fokuserat på molnen – förekomst, tjocklek och typ av arktiska moln på sommaren vet vi fortfarande ganska lite om, men det är molnen som styr energibudgeten. De är i allmänhet en blandning av vattendroppar och iskristaller, med en komplex struktur. Molnbildningen är kopplad till havet, eftersom det verkar som om material som avges från havet kan vara en viktig källa till molnens kondensationskärnor och iskärnor, det vill säga små partiklar som är nödvändiga för att molnen ska kunna bildas. Molnen påverkar i sin tur havet, genom att förmedla energiflödet till och från havsytan. Den ursprungliga källan till de kemikalier som bildar de viktiga partiklarna är troligtvis livet i havet, och därför är såväl biologiska studier som fysikaliska och kemiska observationer en viktig del av expeditionen.

För att studera detta sammanlänkade och komplexa system, kommer forskarna att göra observationer från tre områden: från själva isbrytaren, från det stora isflaket vi kommer att ligga förtöjda vid och från andra isflak längre bort från isbrytaren.

Vattnet och isens rörelser kommer att studeras med hjälp av fjärrstyrda undervattensfordon, bojar, akustiska mätinstrument för att mäta strömmar samt observationer av isrörelsen. Andra monitoring-stationer kommer också att följa isens förändringar när årstiden skiftar. Fysiken som driver produktionen av bubblor i luckorna mellan isflaken kommer också att studeras, precis som själva bubblorna och de partiklar som produceras när de brister vid havsytan. Andra forskargrupper kommer att mäta och samla in prover av mikrobiologin i vattnet och undersöka dess reaktion på förändrade fysikaliska och kemiska vattenförhållanden. Havsytans mikrolager, med sina karakteristiska kemiska och biologiska egenskaper, kommer att provtas direkt så att dess sammansättning kan analyseras. Effekterna av ökande koldioxidhalter på isen och närliggande biologi kommer också att testas i experiment ombord. Metan- och koldioxidflöden från råkar i havsisen kommer också att mätas. I atmosfären kommer omfattande provtagning av aerosolpartiklar och gaser att utföras, med hjälp av prover som samlas in ombord och från väderballonger. Strukturen i atmosfären och molnen kommer att mätas från ballonger och med fjärranalysteknik – LiDAR och radar. Allmänna vädermätningar kommer att utföras kontinuerligt.

En grund för bättre väder- och klimatmodeller

Den här omfattande datamängden kommer att göra det möjligt för forskarna att ta itu med många frågor om kopplingarna mellan de olika delarna av atmosfär-hav-is-systemet. De största frågorna gäller länken mellan havets mikrobiologi och molnens struktur, men också de återkopplingsmekanismer som kopplar ihop alla delar. En av anledningarna till att detta fortfarande är obesvarade frågor är att så här omfattande expeditioner som Arctic Ocean 2018 är ganska sällsynta, vilket innebär att vi har för lite data från centrala Arktis för att kunna förstå systemet. Den här expeditionen ger oss en värdefull möjlighet att undersöka flera sammankopplade delar av Arktis väder och klimat samtidigt, vilket ger en rik datamängd som kommer att ligga till grund för bättre väder- och klimatmodeller.