Корабът Polarstern в арктическата нощ. Снимка: Live Science
Няма никъде място за кацане сред пейзажа от начупен лед наоколо. На 6 февруари трима учени летят с хеликоптер високо над океана, приблизително на 250 километра от Северния полюс, и единственото, което могат да видят, са разхвърляни масиви от надробен морски лед. Ледът очевидно е негоден за кацане, въпреки че само седмица преди това е бил гладък, сгъстен и плосък.
Те обикалят района няколко пъти и когато забелязват на пръв поглед солиден участък наблизо, пилотът многократно спуска хеликоптера над леда, за да провери дали повърхността е стабилна. Тогава те решително излизат да търсят изгубената изследователска станция, разположена върху шейна, натоварена с атмосферни измервателни уреди.
В продължение на месеци наред учените от експедицията внимателно извършват наблюдения под мразовитото небе, събирайки за първи път данни на място за зимните условия близо до върха на света – най-бързо затоплящата се част на планетата. Голямото опасение на изследователите в този момент е, че тези ценни данни могат да бъдат загубени.
В своето трескаво търсене учените прескачат пукнатини и блокове лед, докато застрашителното пукане под краката им подсказва, че ледът все още се движи и че с една погрешна стъпка могат да пропаднат във водите на Северния ледовит океан. Когато най-накрая забелязват шейната, тя е преобърната наопаки и отчасти заровена в леден хребет.
Започва двудневна спасителна мисия, при която учените възможно най-внимателно издърпват станцията на безопасно място и успяват да възкресят всичките измервателни уреди, извършвайки тази операция в пронизително студения мрак на арктическата зима.
Това беше само едно от многото предизвикателства пред учените, които прекараха зимните месеци на кораб, заседнал в арктическия лед, като част от мисия, наречена Мултидисциплинарна плаваща обсерватория за изучаване на арктическия климат, или MOSAiC.
Целогодишният проект започна миналия октомври, когато ледоразбивачът Polarstern изключи двигателите си в Северния ледовит океан, на север от Сибир и замръзна в една гигантска ледена плоча. Оттогава множество екипи от учени, пътуваха с ледоразбивачи и самолети от и до него. В рамките на мисията пет отделни групи научен персонал, общо около 300 души, ще посетят Polarstern, като повечето им престоявания ще са от по три месеца.
Пандемията COVID-19 прекъсна тези планове, забавяйки пристигането на учените, които понастоящем са на борда на Polarstern. За заминаващия зимен екип пътуването за дома също се сблъска с трудности и закъснения, тъй като държавите започнаха да затварят границите си. Но учените в крайна сметка се върнаха невредими, носейки със себе си приключенски истории и изобилие от ценни данни.
Вторият научен екип пристига за своята смяна на Polarstern на 13 декември 2019 г. Снимка: Alfred-Wegener-Institut / Esther Horvath
През полярната зима от средата на декември до началото на март, учените трябваше да се сблъскат с някои от най-суровите условия на Земята: постоянен мрак, температури, които могат да причинят измръзване за минути и заплаха от чести набези на бели мечки. „Усещаш силата на природата“, казва Джулия Кастелани, полярен изследовател от Института „Алфред Вегенер“ (AWI), Хелмхолцкия център за полярни и морски изследвания в Бремерхафен, Германия, водещият изследователски институт за мисията. “Осъзнаваш, че няма как да оцелееш там отвън. Тъмно е и много студено. Това си е огромно предизвикателство.“
Но мисията направи безпрецедентни измервания на това, което се случва през тъмните арктически месеци в атмосферата, океана, екосистемата и морския лед. Въпреки че голяма част от тези данни все още не са анализирани, ранните резултати разкриват дива атмосфера с температурни пластове толкова екстремни, че въздухът в горната част на кораба понякога е с 5°C по-топъл от този, който е най-близо до леда. А в океана учените откриха процъфтяваща екосистема в тъмните води, за които дотогава смятаха, че ще бъдат сравнително пусти.
Данните от мисията ще бъдат въведени в климатичните модели, които помагат на учените да разберат как ще се държи Арктика, докато климатът се затопля. Главният плюс е, че такава информация от централна Арктика до момента почти не съществуваше, особено пък за средата на зимата. И учените се нуждаят от тази информация, защото този район определя колко бързо се нагрява и останалата част от планетата, като дори влияе на времето в Ню Йорк, Лондон и Пекин.
Безкрайни мразовити нощи
„Всичките усилия, които бяха положени за презимуването ни там бяха изключителни“, казва Вишну Нандан, физик от Университета Манитоба в Уинипег, Канада. „Ние имаме наистина добра наука.“
По времето, когато втората група учени от мисията пристигна на борда на отделен ледоразбивач в средата на декември, слънцето отдавна беше потънало зад хоризонта и светът беше наистина тъмен.
„В началото беше малко страшно, честно казано, защото наистина не можете да видите по-далеч от 100 метра от носа си“, казва Кастелани. „Така че всъщност нямате представа за измерението на света, в който се намирате. Има я само тази голяма черна сцена.“
Някои намираха тъмнината за красива. Такъв беше случаят, когато атмосферолозите Майкъл Галахър от Университета в Колорадо и Танейл Утал от NOAA, пътуваха на около 30 километра северно от кораба, седмица преди тяхната мисия за спасяването на шейната. Това беше вълшебно преживяване – в комплект с ясно небе и дори слабо полярно сияние. „Нещото, което взриви съзнанието ми е, че плътността на звездите стига чак до хоризонта по целия път около теб“, казва Утал. „Сякаш си в купа, пълна със звезди.“
С тъмнината обаче дойде и студът. В някои дни термометърът отчиташе -55°C, температура толкова екстремна, че всяка изложена на нея кожа може да замръзне за минути. Ако през това време трябваше да свалите ръкавиците си (да речем, за да свържете кабели или да работите на лаптоп), ще се почувствате така сякаш някой изтръгва ноктите на пръстите ви.
„Постоянно си напомняхме един на друг да скачаме и да движим телата си, за да можем да увеличим циркулацията и поне малко да се сгреем“, казва Иън Рафаел, студент по геофизика на морския лед от Дартмутския колеж в Хановър, Ню Хемпшир.
Това, заедно с пълната изолация, поставя големи рискове – ако възникне проблем, помощта е далеч. „Международната космическа станция е нищо в сравнение с това“, защото астронавтите на станцията могат да се върнат на Земята за три часа при спешни случаи, казва Кристиан Хаас, геофизик по морския лед от AWI и круизен лидер за втората част от мисията. По време на зимния етап на MOSAiC казва той: „Щеше да отнеме много дни за мобилизиране на самолети или тежкотоварни хеликоптери, които би трябвало да разчитат на складове за гориво и хубаво време“.
За да поддържа бодрото настроение, Хаас организира редица развлекателни дейности. Учените ходеха на ски и пешеходен туризъм по леда, играеха футбол, палеха огньове, строяха иглута и празнуваха Коледа и Нова година. Те дори прекараха няколко нощи на къмпинг – където яденето на шоколад можеше да счупи зъб, а чаят трябваше да се консумира, много бързо преди да замръзне, но където пък звездното небе и пълната тишина бяха зашеметяващи.
Върху дебел лед
Всички тези трудности всъщност помогнаха на експедицията, тъй като изтощителните условия са точно това, което много учени искаха да изучават – дори горчиво ниските температури.
През зимата атмосферата в Арктика не става по-студена с височината, но по-топла. За да изучат тези температурни инверсии, учените от MOSAiC пускаха четири метеорологични балона на ден, което им позволяваше да измерват температурата (сред другите параметри) на интервали от една секунда, докато балоните се изкачват високо в атмосферата. Те също така изградиха метеорологична кула, която постоянно следеше температурата на атмосферата на 2, 6, 10 и 23 метра над повърхността.
Екстремното наслояване изненада изследователите. При няколко различни случая те наблюдават инверсии до 5°C, в най-долните 10 или 20 метра от атмосферата. Но учените не знаят колко често се случват тези инверсии или каква е тяхната типична сила. Това е проблем, тъй като те играят решаваща роля в количеството топлина, която се отделя или задържа в Арктика, което от своя страна влияе на времето по други части на земното кълбо. Те също така спомагат за по-нататъшното замръзване на повърхността, следователно контролират основния компонент на арктическата система – леда.
През 2018 г. екип, включващ учени от NOAA, откри, че морският лед в Арктика е намалял с 95% през последните 33 години (виж go.nature.com/3bkkpjt). Това означава, че летния морски лед сравнително скоро може да изчезне изцяло – драматична промяна, която допълнително ще затопли Арктика и останалия свят.
Морският лед поддържа планетата хладна, като отразява слънчевата светлина. Без него Арктика ще се затопли много бързо, ще размрази ледниците на Гренландия (което ще повиши нивото на Световния океан) и ще предотврати вечната замръзналост на почвите в полярните области (което ще отдели огромни обеми от газове, улавящи топлината в атмосферата).
Геофизикът Кристиан Хаас (вляво), ръководител на втория етап на MOSAiC, и екипът му преглеждат пакета с инструменти на метеорологичните балони. Снимка: Lukas Piotrowski
Но за да постигнат максимално добри резултати, учените трябва да следят внимателно леда. Един от ранните резултати от зимната експедиция е, че по времето, когато учените заминаха за вкъщи, по-голямата част от леда, който срещаха, беше с дебелина 1,5 метра. Нямаше значение дали ледът започва от зимата като дебели плочи, останали от предишната зима (многогодишен лед), или дали започва като тънък, образувал се току що, лед. Тази констатация предполага, че ледът расте много по-бързо през първата си година отколкото по-дебелия и по-стар лед.
Изследователите не знаят защо това се случва. Възможно е многогодишният лед да е твърде порест в средата, за да расте бързо, така че трябва да замръзне отвътре, преди да може да се сгъсти. Или може да се окаже, че многогодишният лед е по-вероятно да бъде покрит от сняг, който действа като изолатор от изключително студения въздух. Това би забавило замръзването на морската вода. Всъщност учените от MOSAiC измериха до 68 сантиметра сняг върху многогодишния лед, докато върху новообразувания се натрупат само до няколко сантиметра. Причината е проста – снегът има склонност да се натрупва върху дебелите хребети на многогодишния лед, но се плъзга по гладкия новообразуван лед.
Отговорът вероятно се състои в комбинацията от двата процеса. Но учените тепърва трябва да сравняват подробно своите данни, за да разрешат подобни въпроси. Те се надяват впоследствие да включат тези детайли в модели, които могат да дадат по-добри прогнози за променящата се Арктика.
Невъзможен живот
В по-голямата си част учените на борда през зимния етап уцелиха сравнително спокойно време като за Арктика. Те не се наложи да издържат на свирепи бури, каквито често разрушаваха леда в предишния етап на мисията. А също имаха късмет да избегнат и набези на полярни мечки. Но за Робърт Кембъл, океанолог от Университета в Род Айлънд в Нарагансет, светът беше всичко друго, но не и спокоен. Всъщност едно от най-изненадващите открития беше точно колко активна изглеждаше морската екосистема на Арктика – дори в средата на полярната нощ.
Години наред учените предполагаха, че морският живот зад Арктическия кръг е една летаргична дрямка през дългата зима. Без слънчева светлина ледените водорасли не могат да растат. И тъй като тези водорасли формират основата на цялата хранителна мрежа, по-голямата част от Арктика просто не може да бъде активна – или така поне подсказваше логическата мисъл. Но изследванията, първоначално край бреговете на Свалбард в Норвегия, започнаха да показват точно обратното: оказа се, че животът процъфтява в тъмнината (за ревю вж. J. Berge et al. Prog. Oceanogr. 139, 258–271; 2015).
Все пак никой учен не е провеждал подобни изследвания досега толкова на север през полярната зима – ето защо Кембъл беше изненадан, когато пусна мрежи близо до повърхността на водата и събра зоопланктон, мънички организми, които свободно се движат в океана. Фактът, че имаха храна в червата си, означаваше, че се хранят, въпреки че елементите от менюто остават открит въпрос. Учените ще трябва да изчакат, докато пробите бъдат изпратени обратно на сушата, където може да се анализира тяхното съдържание.
Най-фамозното беше, че част от зоопланктона дори се възпроизвеждаше на това място и по това време на годината. Кембъл събра няколко женски, само за да открие, че след като ги инкубира на кораба, те снесоха жизнеспособни яйца – откритие, което го развълнува толкова силно, че когато на закуска той се натъкна на колегите си, възкликна: „Току-що станах баща. Родиха ми се 300 бебета! „
Но това е само намек за всичко, което предстои. Сега, когато слънчевата светлина се завърна в Арктика, ледените водорасли ще започнат да цъфтят – осигурявайки угощение за животните от цялата арктическа екосистема.
На следващия етап учените ще продължат да наблюдават планктона и морските ледени водорасли, за да определят колко време отнема малките същества да започнат да се размножават, след като Слънцето загрее Арктика.
Поне такъв беше планът. Първоначалният график предвиждаше зимният екип да напусне Polarstern, докато мракът все още властва над региона. Но тъй като корабът, който извози учените, трябваше да премине през ледовете на Арктика (подвиг, който никога не е лесен), той пристигна късно, давайки на зимния екип повече време за изследване на леда и възможност накрая да види бледия слой светлина по хоризонта.
Когато зимният екип се завърна в Норвегия с ледоразбивача в края на март, имаше опасения, че блокадата заради COVID-19 в страната ще попречи на кораба да акостира. За щастие правителството направи изключение и екипът от учени успя да се добере до сушата.
Но епидемията предизвика и други поразии с графиците. Ограниченията за пътуване, наложени от Норвегия, принудиха отмяната на изследователските полети, предназначени за Polarstern, оставяйки сегашния екип (от третият етап) да се приземи в Централна Арктика. Това принуди ръководителите на мисията да вземат трудното решение да извадят Polarstern от леда.
За три седмици той ще остави изследователския лагер зад гърба си, ще пътува до Свалбард, за да прехвърли други учени и след това да се върне в леденото си леговище – временно прекъсвайки някои от постоянно течащите записи на данни, които учените правят там. Все пак много учени са изумени, че мисията ще продължи на фона на пандемията, макар и с някои прекъсвания.
„Смятам, че на този етап е просто забележително, че ще успеем да продължим експеримента“, казва Доналд Перович, геофизик от колежа в Дартмут и член на борда за проекти на MOSAiC. “Много важна част от това е отдадеността на хората.“
Източник: nature.com
Превод: Радослав Тодоров
