Wyprawa MOSAiC

Scientist in front of rv polarstern.jpg

Multidyscyplinarnego Obserwatorium Dryfującego dla Badań nad Klimatem Arktyki (MOSAiC, / ˌ m ə ʊ ˈ z ɛ ɪ ɪ k / ) była roczną wyprawą do środkowej Arktyki (wrzesień 2019 - październik 2020). Po raz pierwszy nowoczesny lodołamacz badawczy mógł operować w bezpośrednim sąsiedztwie bieguna północnego przez cały rok, łącznie z prawie półroczną nocą polarną zimą. Pod względem wyzwań logistycznych, całkowitej liczby uczestników, liczby uczestniczących krajów i dostępnego budżetu MOSAiC reprezentuje największą wyprawę arktyczną w historii.

Podczas swojej rocznej podróży centralny statek ekspedycyjny, badawczy lodołamacz Polarstern z niemieckiego Instytutu Alfreda Wegenera, Centrum Badań Polarnych i Morskich im . (Rosja), Sonne i Maria S. Merian (Niemcy) oraz Akademik Tryoshnikov (Rosja). Ponadto zaplanowano szeroko zakrojone operacje z udziałem helikopterów i innych statków powietrznych. W sumie w różnych fazach ekspedycji w środkowej Arktyce pracowało ponad 600 osób. Międzynarodowa ekspedycja, w której wzięło udział ponad 80 instytucji z 20 krajów ( Austria , Belgia , Kanada , Chiny , Dania , Finlandia , Francja , Niemcy , Włochy , Japonia , Holandia , Norwegia , Polska , Rosja , Korea Południowa , Hiszpania , Szwecja , Szwajcaria , Wielka Brytania i Stany Zjednoczone ) została przeprowadzona przez AWI i kierowana przez badacza polarnego i klimatycznego Markusa Rexa. Głównymi celami projektu MOSAiC było zbadanie złożonych i wciąż słabo poznanych procesów klimatycznych zachodzących w środkowej Arktyce, poprawa reprezentacji tych procesów w globalnych modelach klimatycznych oraz przyczynienie się do bardziej wiarygodnych prognoz klimatycznych.

Wyprawa kosztowała 140 mln euro (około 154 mln USD); połowa budżetu została zapewniona przez niemieckie Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych (BMBF). Udział Stanów Zjednoczonych był wspierany głównie przez National Science Foundation , która przekazała około 24 milionów dolarów na projekt, co jest jedną z największych inicjatyw badawczych w Arktyce, jakie kiedykolwiek zorganizowała agencja. Departament Energii USA również mocno zainwestował w misję, finansując prawie 10 milionów dolarów i dostarczając największy zestaw instrumentów atmosferycznych.

Wyprawa MOSAiC

Polarstern .

Podczas trwającej pół roku arktycznej zimy lód morski jest zbyt gruby, aby mogły go przebić lodołamacze badawcze. W rezultacie dane ze środkowej Arktyki praktycznie nie istnieją, szczególnie w okresie zimowym. Aby dotrzeć zimą do środkowej Arktyki, wyprawa MOSAiC poszła w ślady słynnej ekspedycji Fridtjofa Nansena z drewnianym żaglowcem Fram w latach 1893–1896, ponad 125 lat temu. Jego śmiała podróż pokazała, że ​​można pozwolić, by statek dryfował przez czapę polarną, od Syberii po Atlantyk, utknięty w grubym lodzie morskim i napędzany wyłącznie siłami naturalnego dryfu lodu. Chociaż Nansen wykazał fundamentalną wykonalność takiego przedsięwzięcia, pomiary naukowe możliwe w jego czasach były wciąż dość prymitywne. Podczas MOSAiC po raz pierwszy Frama lodołamaczem badawczym, wyposażonym w istny arsenał najnowocześniejszych instrumentów do badania i rejestrowania złożonych procesów klimatycznych w środkowej Arktyce.

Niedźwiedzie polarne w obozie badawczym MOSAiC

Sercem MOSAiC był roczny dryf Polarsterna przez środkową Arktykę . W dniu 20 września 2019 r. statek opuścił norweski port Tromsø wraz z Akademikiem Fiodorowem , popłynął na wschód wzdłuż wybrzeża Syberii i na mniej więcej 125°E skręcił na północ i zaczął wbijać się w lód morski środkowej Arktyki, który wciąż był wykonalne o tej porze roku. 4 października 2019 r. na pozycji 85° na północ i 134° na wschód ekspedycja MOSAiC znalazła odpowiednią krę lodową o wymiarach około 2,5 na 3,5 km. Polarstern ustawiła silniki na biegu jałowym i pozwoliła się uwięzić w lodzie morskim. Rozległy obóz badawczy został następnie utworzony wokół statku na lodzie. W tym samym czasie Akademik Fiodorow rozmieścił sieć stacji badawczych na lodzie, niektóre nawet 50 km od pozycji Polarsterna . Sieć składała się zarówno z autonomicznych, jak i zdalnie sterowanych instrumentów, które były sprawdzane w regularnych odstępach czasu za pomocą lotów helikopterów z centralnego Polarstern, który utworzył Centralne Obserwatorium.

Po dostarczeniu ostatniego ładunku paliwa, pod koniec października Akademik Fiodorow wrócił do Tromsø. Od tego momentu naturalny dryf niósł Polarstern i jego sieć stacji badawczych przez region bieguna północnego. 24 lutego 2020 r. Polarstern pobił rekord: podczas dryfu osiągnął 88°36' szerokości geograficznej północnej, zaledwie 156 kilometrów od bieguna północnego. Latem 2020 roku statek dotarł do Cieśniny Fram . 13 sierpnia, po ostatnim dużym tankowaniu i rotacji personelu, Polarstern zaczął płynąć w kierunku środkowej Arktyki, aby zbadać początek i wczesną fazę zamarzania lodu morskiego. 19 sierpnia statek dotarł do bieguna północnego. Podróż z północnej cieśniny Fram do bieguna trwała tylko sześć dni. Po krótkich poszukiwaniach zespół MOSAiC znalazł nową krę. Tak zwana kra MOSAiC 2.0 została odkryta jedenaście mil morskich od trasy, którą pokonała pierwotna kra w styczniu 2020 r. Polarstern opuścił krę MOSAiC 2.0 20 września 2020 r., rok po rozpoczęciu wyprawy. W dniu 12 października 2020 r. Polarstern powrócił do swojego portu macierzystego w Bremerhaven .

r. ze Spitsbergenu wystartowały niemieckie samoloty badawcze Polar 5 i Polar 6, aby przeprowadzić lotnicze badania lodu morskiego i atmosfery nad Oceanem Arktycznym, uzupełniając program badawczy ekspedycji MOSAiC.

Magazyny paliwa utworzone na wyspach u wybrzeży Syberii specjalnie na potrzeby ekspedycji wspierały potencjalne operacje awaryjne helikopterami dalekiego zasięgu, które były w stanie dotrzeć do Polarstern w nagłych przypadkach przynajmniej podczas wczesnej i późnej fazy wyprawy.

Obszary zainteresowania badawczego

Głównym celem projektu MOSAiC jest zrozumienie sprzężonych procesów klimatycznych w środkowej Arktyce, tak aby można je było dokładniej zintegrować z regionalnymi i globalnymi modelami klimatycznymi. Odkrycia przyczynią się do bardziej wiarygodnych prognoz klimatycznych dla Arktyki i na całym świecie, do lepszych prognoz pogody i lepszych prognoz lodu morskiego w Arktyce.

Ponadto wyniki misji MOSAiC pomogą zrozumieć regionalne i globalne skutki zmiany klimatu w Arktyce i utraty lodu morskiego. Poprawią gotowość społeczności w Arktyce i na północnych szerokościach geograficznych, dostarczą naukowych podstaw do opracowania polityk na rzecz zrównoważonego rozwoju Arktyki i wesprą oparte na faktach podejmowanie decyzji w obszarach łagodzenia globalnego klimatu i przystosowania się do niego zmiana.

Atmosfera

Naukowcy umieścili przenośne obserwatorium klimatyczne na lodzie polarnym.

Kompleksowe i złożone pomiary atmosferyczne przeprowadzone w ramach projektu MOSAiC zapewniają fizyczne podstawy do zrozumienia lokalnych i pionowych interakcji w atmosferze oraz interakcji między atmosferą, lodem morskim i oceanem. Charakterystyka procesów zachodzących w chmurach , w warstwie granicznej atmosfery , warstwie powierzchniowej oraz strumieniu energii powierzchniowej doprowadzi do lepszego zrozumienia dolnej troposfery , która oddziałuje z powierzchnią w Arktyce. Jednym z największych wyzwań było przeprowadzanie tych pomiarów konsekwentnie w całym lodzie morskim cały cykl roczny, zwłaszcza na początku okresu zamarzania, aby monitorować przejście od otwartej wody do bardzo cienkiej warstwy lodu. Odczyty wykonane na wyższych wysokościach dostarczyły wglądu w charakterystykę środkowej i górnej troposfery oraz interakcji ze stratosferą. Aby lepiej zrozumieć aerozoli i aerozoli z chmurami nad środkową Arktyką, zwłaszcza zimą, wykonano pomiary składu cząstek, ich właściwości fizycznych, ich bezpośrednich i pośrednich skutków promieniowania oraz ich interakcji z właściwościami chmur. Rutyna Obserwacje radiosondą w połączeniu z pomiarami balonu na uwięzi dostarczyły profili warunków atmosferycznych w wysokiej rozdzielczości w kolumnie powietrza nad miejscem MOSAiC. Ponadto pomiary radarowe wykorzystano do określenia pionowego profilu prędkości i kierunku wiatru, a także kluczowych właściwości chmur, w tym zawartości lodu i wody w stanie ciekłym. Kluczowe parametry termodynamiczne oraz kinematyczne struktury atmosfery badano za pomocą radiometrów mikrofalowych i podczerwonych , ramanowskich i lidar dopplerowski .

Lód morski

Obserwacje lodu morskiego obejmowały szeroki zakres, od właściwości fizycznych i mechanicznych lodu morskiego Arktyki, po jego morfologię , właściwości optyczne i bilans masowy . Nacisk położono na scharakteryzowanie pokrywy śnieżnej i lodowej oraz na lepsze zrozumienie procesów determinujących ich właściwości. Rowy śnieżne i rdzenie lodowe pomogły naukowcom zebrać te cenne dane. Kolejnymi aspektami obserwacji lodu morskiego było określenie budżetu masy poprzez pomiar głębokości pokrywy śnieżnej i grubości lodu, a także pomiar dyfuzji światło słoneczne w lodzie, widmowe albedo lodu i jego transmisja . Ponadto przez cały cykl roczny monitorowano różne rodzaje lodu, aby określić zmienność przestrzenną i rozwój pokrywy lodowej w Arktyce w czasie.

Ocean

Procesy oceaniczne wpływają na bilans energetyczny Arktyki, a także wzrost i topnienie lodu morskiego w wyniku dodatkowego ciepła. Odgrywają również ważną rolę w aktywności biologicznej wiążącej i potencjalnie eksportującej CO 2 . Pomiary z słupa wody rzucą nowe światło na kluczowe mechanizmy zachodzące w oceanie, np.: (1) wymiana ciepła między lodem morskim a oceanem , (2) pochłanianie światła słonecznego i przetwarzanie powstałego ciepła , (3) interakcja z głębinami morskimi procesy oraz (4) pierwotna produktywność biologiczna i eksport materii organicznej ze strefy eufotycznej .

Biorąc pod uwagę, że zrozumienie ewolucji lodu morskiego było jednym z głównych celów ekspedycji MOSAiC, procesy oceaniczne wpływające na lód, takie jak mieszanie przy powierzchni, stanowiły sedno badań oceanograficznych . Ponadto dynamikę i termodynamikę warstwy mieszającej. W tym celu wykonywano ciągłe pomiary turbulentnych bezpośrednio pod granicą oceanu z lodem, aby pomóc w zrozumieniu prędkości lodu i oceanu, pionowych przepływów termicznych i pędu, dyfuzji masy i innych kluczowych procesów. Ponadto głębię oceanu obserwowano w szerszym kontekście, tworząc profile prędkości przepływu, temperatury, zasolenie i rozpuszczony tlen w górnych stu metrach Oceanu Arktycznego , aby lepiej uchwycić jego wpływ na górną warstwę graniczną między oceanem a lodem.

Ekosystem i Biogeochemia

Obserwacje przemian i sukcesji biologicznej i biogeochemicznej koncentrowały się głównie na analizie próbek ze wszystkich trzech głównych reżimów fizycznych, tj. środowiska lodu, śniegu i wody. Dodatkowo przeprowadzono pomiary przepływów zarówno na warstwach granicznych lód/woda, jak i lód/powietrze. Powtarzano je przez cały rok arktyczny w celu ilościowego określenia biologii i biogeochemii systemu lód morski/atmosfera o każdej porze roku, zwłaszcza w niedostatecznie zbadanej arktycznej zimie. Na przykład roczny budżet masowy na organiczny i nieorganiczny był monitorowany i wykonano odczyty krystalograficzne na ikaicie w kanałach dna morskiego. Ten ostatni dostarczył wglądu w biogeochemię przepływu netto powietrza/lodu CO 2 wytwarzanego przez lód morski oraz możliwości wychwytywania węgla organicznego i oddychania CO 2 . Drugim celem było ilościowe określenie metanu , utleniania pod lodem morskim oraz przepływów powietrza/oceanów w odniesieniu do potencjalnych przepływów metanu z oceanów do atmosfery. Trzeci kluczowy element: obserwacja cykli gazów biogennych np N 2 O , O 2 , DMS (siarczek dimetylu) i bromoform w śniegu , lodzie morskim i wodzie , co przyczyniło się do zrozumienia podstawowych ścieżek biogeochemicznych. Dodatkowym ważnym aspektem było stworzenie rocznego bilansu masowego i obiegu lód/woda dla makro- i mikroelementów; w związku z tym pionowe przepływy składników odżywczych między oceanem, strefą eufotyczną , zbadano mieszane i głębokie warstwy oceanu, częściowo za pomocą narzędzi molekularnych, aby lepiej zrozumieć łańcuchy recyklingu.

Implementacja modelu

Ściśle powiązana koncepcja modelowania i obserwacji była kluczowa dla zdefiniowania i planowania ekspedycji MOSAiC. Aby zrozumieć i wyjaśnić zmiany zachodzące w arktycznym systemie klimatycznym , na podstawie obserwacji i odczytów dokonanych podczas wyprawy zostaną opracowane nowe modele , a poprzednie zostaną udoskonalone. Obserwacje te odegrają również ważną rolę w ulepszaniu tych modeli i opracowywaniu nowych do prognozowania pogody i lodu morskiego oraz do prognoz klimatycznych. Z kolei modele zapewnią wgląd w zjawiska, których nie można bezpośrednio zaobserwować. Obserwacje poczynione w ramach projektu MOSAiC zapewnią nowe warunki ramowe dla modeli w różnych skalach; np. modele o wysokiej rozdzielczości zostaną wykorzystane do szczegółowych badań, które mogą stanowić podstawę do udoskonalenia regionalnych i globalnych modeli klimatycznych.

Ponadto regionalne modele arktyczne zostaną wykorzystane do udzielenia odpowiedzi na ważne pytania dotyczące roli Arktyki jako globalnego pochłaniacza energii; w jaki sposób globalne wzorce połączeń będą kształtowane przez zmieniającą się objętość lodu w Arktyce; oraz jak te zmiany wpłyną na cyrkulację i pogodę na niższych szerokościach geograficznych. Modelowanie i obserwacje podczas MOSAiC będą prowadzone w ścisłej współpracy z międzynarodowymi wysiłkami modelowania Światowego Programu Badań nad Pogodą i Światowego Programu Badań nad Klimatem.

Szkoła MOSAiC 2019

Pierwsza faza wyprawy obejmowała sześciotygodniowy kurs dla 20 doktorantów na pokładzie Akademika Fiodorowa . Zostało to zrealizowane wspólnie przez MOSAiC Partners i Association of Polar Early Career Scientists .

  1. ^ a b „MOSAiC - multidyscyplinarne obserwatorium dryfujące do badań nad klimatem Arktyki” . www.mosaic-expedition.org . Źródło 2019-06-12 .
  2. ^ a b c d „Wyprawa - MOZAIKA” . www.mosaic-expedition.org . Źródło 2019-06-12 .
  3. ^ Meyer, Robinson (2017-09-05). „Rok na lodzie” . Atlantyk . Źródło 2019-06-12 .
  4. Bibliografia _ _ Wyprawa MOSAiC . Źródło 2020-12-30 .
  5. ^ „Wyprawa w liczbach - MOSAiC” . www.mosaic-expedition.org . Źródło 2019-06-12 .
  6. ^ MOSAiC, Wyprawa w liczbach , listopad 2020 r
  7. ^ a b Kaplan, Sarah (2019-06-10). „Dryfujący w Arktyce” . Washington Post . Źródło 12 czerwca 2019 r .
  8. ^ „Wyszukiwanie nagród NSF: proste wyniki wyszukiwania” .
  9. ^ „Ośrodek badawczy ARM” .
  10. ^   Devlin, Hannah (20.02.2017). „Naukowcy powtórzą XIX-wieczną przeprawę statku przez polarną czapę lodową” . Strażnik . ISSN 0261-3077 . Źródło 2019-06-12 .
  11. ^ Dunne, Daisy (18 listopada 2019). „Inside MOSAiC: Jak całoroczna ekspedycja arktyczna pomaga nauce o klimacie” . Krótka karbonowa . Źródło 2020-12-30 .
  12. ^ a b c d e Plan naukowy MOSAiC (PDF) . Instytut Alfreda Wegenera (AWI) / Międzynarodowy Komitet Nauk o Arktyce (IASC). 2016. Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 2019-03-29 . Źródło 2019-04-03 .
  13. ^ a b c d e f Plan wdrożenia MOSAiC (PDF) . Instytut Alfreda Wegenera (AWI). 2018. Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 2019-03-29 . Źródło 2019-04-03 .
  14. ^ „Dwa nowe rekordy na biegunie północnym” . www.awi.de . Źródło 2020-12-30 .
  15. ^ „Czas się pożegnać - informacja prasowa AWI” . www.awi.de . Źródło 2020-12-30 .
  16. ^ „Wyprawa MOSAiC dociera do bieguna północnego” . www.awi.de . Źródło 2020-12-30 .
  17. ^ „Aplikacja internetowa MOSAiC, 22 sierpnia 2020 r.” . follow.mosaic-expedition.org . Źródło 2020-12-30 .
  18. ^ Amos, Jonatan (12.10.2020). „Niemiecki statek kończy historyczną wyprawę arktyczną” . wiadomości BBC . Źródło 2020-12-30 .
  19. ^ „Kampania powietrzna MOSAiC: pierwsze lotnicze loty badawcze w Arktyce od wybuchu pandemii koronawirusa” . www.awi.de . Źródło 2020-12-30 .
  20. ^ a b „Nauka - MOZAIKA” . www.mosaic-expedition.org . Źródło 2019-06-12 .
  21. ^ „BBC World Service - Newshour, Dlaczego naukowcy chcą, aby ich łódź utknęła w lodzie Arktyki” . BBC . Źródło 2019-06-12 .
  22. ^ „Szkoła MOSAiC 2019” . Stowarzyszenie Polarnych Naukowców Wczesnej Kariery . Źródło 21 stycznia 2019 r .

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=MOSAiC_Expedition&oldid=1095734543 ”