Lernen aus dem Klimawandel: Wie entsteht die "Arktische Verstärkung?"

6. Dezember 2019 DFG fördert Projekte bei MOSAiC, der größten Arktis-Expedition aller Zeiten
Die Polarstern dient den Forschern als Basislager während der MOSAiC Expedition.

Die Arktis ist diejenige Region, die der Klimaforschung am meisten Sorge bereitet. Denn je mehr Eis und Schnee dort schmelzen, desto größere dunkle Wasserflächen werden frei. Im Verglichen mit dem reflektierenden Meereis nimmt das dunkle Wasser mehr Sonnenenergie auf. Das Wasser erwärmt sich also schneller – und noch mehr Eis und Schnee schmelzen. Ein Dominoeffekt oder wissenschaftlich: Albedo-Effekt. Er trägt neben anderen Rückkoppelungseffekten wesentlich zur so genannten "arktische Verstärkung" bei. Die Erwärmung der Arktis nimmt demnach zunehmend an Fahrt auf.

Hunderte Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus aller Welt erforschen die Arktis, um Klimaprognosen zu entwickeln. Es braucht es Unmengen an Detailwissen und Forschungsdaten, um das, was dort geschieht, besser zu verstehen. Aus diesem Grund wurde die Mission MOSAiC ins Leben gerufen – die größte Arktismission aller Zeiten – an der Forschende aus 20 Nationen beteiligt sind. Ein Jahr lang lassen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem deutschen Forschungseisbrecher "Polarstern" - eingefroren im Eis - durch den Arktischen Ozean driften. Die "Polarstern" war am 20. September 2019 aufgebrochen, um über Monate die Bedingungen des Polarmeers zu erforschen. Dabei wird ein kilometerweites Netz an Messstationen um das Schiff herum gesponnen.

Die Mission wird unter der Leitung des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) durchgeführt. Das AWI gehört als außeruniversitärer Partner dem Transeregionalen Sonderforschungsbereich "Arctic Amplification" an. Der TR 172 wird seit 2016 durch die DFG gefördert und bringt – mit den Universitäten Leipzig, Köln und Bremen sowie dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung – bei MOSAiC geschätztes Know-how und wertvolle Instrumente ein. Insgesamt arbeiten bei diesem weltweit viel beachteten Projekt über 70 Institute in einem Forschungskonsortium zusammen.

Transregio erforscht "Arktische Verstärkung" in unikaler Expedition

Das Langzeitforschungsprojekt "Arctic Amplification" – kurz (AC)³ – bestehend aus mehreren thematischen Clustern, befasst sich mit "Klimarelevanten Atmosphären- und Oberflächenprozessen und Rückkoppelungsmechanismen." (AC)³ kombiniert Messdaten von Satelliten, Flugzeugen, luftgetragenen Ballonplattformen, Forschungsschiffen und ausgewählten Bodenmessstationen, die in unterschiedliche Forschungskampagnen einfließen. Alle Messdaten werden in Modelle zur Beschreibung und Vorhersage der arktischen Klimaänderungen eingefüttert.

Im Rahmen von MOSAiC wollen die Forscherinnen und Forscher von (AC)³ den Anstieg der oberflächennahen Temperatur in den letzten drei Jahrzehnten unter verschiedenen Gesichtspunkten untersuchen. Im Wesentlichen geht es darum, die Ursprünge der beobachteten Temperaturanstiege zu klären, um Klimamodelle weiterzuentwickeln. "Als Konsortium sind wir in allen fünf MOSAiC-Themenschwerpunkten vertreten, also Atmosphäre, Meereis, Ozean, Biochemie und Ökosysteme", erklärt der Sprecher des TR 172 Manfred Wendisch von der Universität Leipzig. Die am TR 172 maßgeblich beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben bereits an der Planung maßgeblich mitgewirkt. "Während der einjährigen Mission werden auf allen sechs Polarstern-Fahrtabschnitten Forschende aus unserem Team an Bord sein und Messdaten erheben. Darüber hinaus arbeiten viele (AC)³-Teammitglieder an Satellitenmessungen und Modellierung rund um MOSAiC."

Von Spitzbergen aus wird es unter anderem im Frühjahr und Sommer 2020 Flugzeugmessungen mit der Polar 5 geben, die durch die Forschenden der Universität Leipzig koordiniert werden.

Unwirtliche Landschaft macht Forschung zur Herausforderung

Inzwischen, zwei Monate nach Aufbruch, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihr Forschungscamp in der unwirtlichen Umgebung und fern jeder Zivilisation aufgeschlagen. Eine der beteiligten Forscherinnen ist Prof. Dr. Susanne Crewell vom Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln, die mit dem Mikrowellenradiometer "MiRAC" arbeitet: "Für unser mit Polarstern betriebenes Radiometer, das wir normalerweise online bedienen und überwachen, müssen wir uns derzeit hinsichtlich Kalibrierung und Wartung auf das Wissen der Forschenden vor Ort verlassen. Eine Herausforderung, wenn man bedenkt, unter welch rauen Bedingungen wie Wind und eisiger Kälte die Instrumente eingerichtet werden müssen", so Susanne Crewell.

Die Forschungsflugzeuge Polar 5 und Polar 6 vom AWI kommen ebenfalls zum Einsatz und sollen im Frühjahr und Sommer 2020 unter Leitung und Expertise von (AC)³-Forschenden Daten für MOSAiC erfassen: "Für die Messflüge wird extra eine Landebahn nahe der 'Polarstern' errichtet. Unser Fokus liegt dann auf der Untersuchung von makro- und mikrophysikalischen Wolkeneigenschaften und deren Interaktion mit solarer Strahlung. Mit einer Vielzahl an meteorologischen Messgeräten werden so die Meereisoberfläche und die arktische Grenzschicht untersucht," erklärt Projekt-Koordinatorin Marlen Brückner.

Von den Daten der Mission werden in Deutschland diverse weitere DFG-geförderte Einzelprojekte profitieren. Forscherinnen und Forscher verschiedener Teilprojekte werden zudem dabei unterstützt, zur "Polarstern" zu reisen und dort aufwändige Feldmessungen im Rahmen von MOSAiC durchzuführen.

(AC)³ wird in Deutschland jedoch das zentrale Projekt zur Analyse der während der Mission gewonnenen Daten auf universitärer Seite sein. Der Transregio 172 ist in drei Phasen gegliedert und wird pro Jahr mit rund 2,8 Millionen Euro gefördert. Nach der MOSAiC-Mission sollen in Zukunft noch die Wechselwirkungen zwischen ozeanischen und atmosphärischen Komponenten der "arktischen Verstärkung", sowie die damit verbundenen globalen Aspekte genauer untersucht werden.

Maria S. Merian

DFG schickt Hilfe während Coronavirus-Pandemie

Forscher helfen Forschern: Die Corona-Krise ist auch im Nordpolarmeer angekommen. Jedenfalls sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der Polarstern ebenfalls von den weltweiten Einschränkungen betroffen. Ein veränderter Ablauf der MOSAiC-Mission ist deshalb unumgänglich. Die Eisdrift muss für drei Wochen unterbrochen werden und das Schiff zur Eiskante fahren, um einen Personalwechsel vornehmen zu können. Damit dies kurzfristig klappt, hat die DFG in einer Ad hoc-Entscheidung Mittel bereit gestellt und die Schiffe "Sonne" und Interner LinkMaria S. Merian, als sogenannte Hilfseinrichtungen der Forschung, von Bremerhaven nach Spitzbergen geschickt, um der Polarstern das neue 100-köpfigen Expeditionsteam sowie weitere Fracht zu bringen.

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