wetenschap noordpoolexpeditie MOSAiC

De meest ambitieuze Noordpoolexpeditie tot nu: wetenschappers trotseren het duister van de winter

Het onderzoeksschip Polarstern is ingericht met de meest ­geavanceerde apparatuur. Sinds half oktober ligt het schip vastgevroren, ten noorden van Siberië. Beeld Mario Hoppmann

Honderden wetenschappers onderzoeken in de meest ambitieuze Noordpoolexpeditie tot nu toe wat zich er afspeelt in het donker van de winter – om meer te leren over de opwarming. Drie Nederlandse onderzoekers over hun plannen.

Ze zitten vast in het ijs. Wetenschappers aan boord van het Duitse onderzoeksschip Polarstern hebben zich laten ‘invriezen’ voor de meest ambitieuze Noordpoolexpeditie tot nog toe. Bijna een jaar lang ligt het schip klem in de Noordelijke IJszee. Doel is het vergaren van kennis over het klimaat in het Arctisch gebied, dat sneller opwarmt dan het wereldwijde gemiddelde. Honderden meteorologen, biologen, oceanografen, natuurkundigen en scheikundigen uit negentien landen, waaronder Nederland, doen onderzoek naar oceaan, atmosfeer en zee-ijs. Hun metingen en analyses moeten ons meer leren over de gevolgen van klimaatverandering en de klimaatmodellen verbeteren.

Wetenschappelijke missies naar de Noordpool beperken zich doorgaans tot de zomermaanden, als in grotere delen van het gebied kan worden gevaren, de temperaturen nog enigszins draaglijk zijn en er daglicht is. Wat zich ’s winters rond de Noordpool afspeelt, is eigenlijk nooit goed onderzocht. Op het ijs staan slechts enkele onbemande meetstations die ook ’s winters functioneren. Om klimaatprocessen over een langere periode te volgen, trotseren de wetenschappers op de Polarstern extreme kou (40 tot 50 graden onder nul), onbarmhartige stormen en het duister van de poolwinter. Ze onderzoeken wat zich in het onherbergzame gebied afspeelt als het permanent nacht is, als het ijs aangroeit en in het voorjaar weer gaat smelten. De ijsschotsen zijn hun openluchtlaboratorium, het schip is hun studiecentrum en onderkomen.

De Polarstern, een schip van het Duitse Alfred Wegener Instituut dat is ingericht met de meest geavanceerde apparatuur, vertrok op 20 september vanuit de Noorse havenstad Tromsø. Sinds half oktober ligt het schip vastgevroren, ten noorden van Siberië, op 85 graden noorderbreedte. Vandaar zal het langzaam met het ijs meedrijven richting het noordwesten van Groenland. Met helikopters zijn stabiele ijsplaten uitgezocht waar (onderzoeks)vliegtuigen en helikopters kunnen landen en waar tenten voor de meetapparatuur kunnen worden opgezet. Aan het eind van de volgende zomer zal de Polarstern zich losmaken van het ijs en terugvaren naar het Duitse Bremerhaven.

Bij elkaar zullen zo’n zeshonderd wetenschappers, technici en bemanningsleden meegaan met de expeditie, die Mosaic (Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) is gedoopt en waaraan tien jaar voorbereiding is voorafgegaan. De meeste wetenschappers zullen niet het hele jaar aan boord blijven. Om de twee maanden wordt een nieuwe groep aangevoerd. Het wisselen van opvarenden en het bevoorraden van het schip wordt gedaan door Russische, Zweedse en Chinese ijsbrekers en vliegtuigen.

Wetenschappers van de Wageningen Universiteit en de Rijksuniversiteit Groningen zijn betrokken bij Mosaic. Atmosferisch onderzoeker Laurens Ganzeveld, universitair docent in Wageningen, analyseert en modelleert de data over atmosferische compositie en chemische processen die Amerikaanse collega’s op het schip aanleveren. Hij richt zich vooral op de uitwisseling van gassen die het klimaat beïnvloeden tussen oceaan, ijs en atmosfeer. Zelf gaat hij niet aan boord van de Polarstern. Marien bioloog Fokje Schaafsma, ook van de Wageningen Universiteit, gaat wel mee. Zij doet onderzoek naar de Arctische kabeljauw, een sleutelsoort in de Arctische voedselketen. Jacqueline Stefels van de Groningse universiteit onderzoekt de rol van micro-organismen in de productie van klimaatgassen.

Aanpassings- en uithoudingsvermogen 

Deelname aan de expeditie vereist enig aanpassings- en uithoudingsvermogen — meer dan honderd personen uit alle delen van de wereld en actief in de meest uiteenlopende disciplines zitten op een kluitje op het schip, terwijl het buiten gevaarlijk koud en maandenlang 24 uur per dag aardedonker is. Er gelden strikte veiligheidsregels. Alle deelnemers hebben schietles gehad voor het geval ze zich moeten verdedigen tegen ijsberen. ‘Degenen die meegaan zijn over het algemeen mensen die ervaring hebben met poolexpedities. Ik verwacht dat ze weten hoe ze met chagrijn en teleurstellingen moeten omgaan’, zegt Stefels.

Het Noordpoolgebied speelt een centrale rol in de opwarming van de aarde. Het heeft grote invloed op het weer in Europa, Noord-Amerika en Azië. Extreem weer, koude- en hittegolven houden verband met veranderingen die zich de afgelopen decennia hebben voorgedaan rond de Noordpool, zoals terugtrekkend zee-ijs. Maar klimaatvoorspellingen voor het Arctisch gebied zijn omgeven met grote onzekerheden. 

Zal de Noordpool in de loop van deze eeuw ’s zomers ijsvrij worden? En als dat gebeurt, welke gevolgen zal dat hebben voor de rest van de wereld? Niemand die het zeker weet. Veel processen in het klimaatsysteem van de Noordpool zijn onvoldoende vertegenwoordigd in klimaatmodellen, omdat er te weinig over bekend is. Zolang die lacunes bestaan, zijn voorspellingen over het Arctisch klimaat gebrekkig. De informatie die de expeditie zal opleveren moet de betrouwbaarheid van de computermodellen vergroten.

IJsberen in de buurt van de Polarstern tijdens de Mosaic-expeditie. Ze zijn weggejaagd met signaalpatronen. Beeld Alfred-Wegener-Institut, Helmhol

Poolonderzoek 1: Hoe groot is de invloed van het ‘antibroeikasgas’?

Eind januari gaat Jacqueline Stefels aan boord. Haar onderzoek richt zich op de balans tussen het broeikasgas CO2 en dimethylsulfide, kortweg DMS. Dit gas wordt geproduceerd door algen die rond en in het ijs leven. Het wordt in de atmosfeer omgezet in sulfaat, dat de vorming van wolken stimuleert. Die schermen de aarde af van zonlicht en leiden tot afkoeling. ‘Je kunt het een antibroeikasgas noemen’, zegt Stefels. Het evenwicht tussen DMS en CO2, dat leidt tot opwarming, is verstoord door de verhoogde concentraties CO2 in de atmosfeer, die zijn veroorzaakt door menselijke activiteit.

Jacqueline Stefels doet onderzoek naar DMS, ‘een antibroeikasgas’. Beeld Jacqueline Stefels

Stefels hoopt te achterhalen wanneer de algen beginnen met het produceren van DMS, wanneer ze het meeste produceren en wat er in de toekomst verandert als er steeds meer ijs verdwijnt. ‘Het is mogelijk dat er meer DMS in de atmosfeer komt als er minder ijs is. Dat zou gunstig zijn voor het klimaat. Maar het omgekeerde is ook goed mogelijk. Het hangt ervan af waar het ijs wordt gevormd, hoeveel algen er in en om het ijs zullen groeien. Als er weinig zee-ijs overblijft, verwacht ik een omslagpunt waarbij geen algen meer groeien en er geen DMS meer wordt gevormd. Waar dat omslagpunt zal liggen, is onduidelijk.’

De data over DMS koppelt Stefels aan gegevens over CO2. Dat broeikasgas wordt opgenomen door het koude zeewater en door algen die aan het wateroppervlak leven. Door verticale stromingen in de oceaan en door het afsterven van algen wordt CO2 naar de diepte getransporteerd. ‘We nemen water- en ijsmonsters en gaan met experimenten kijken hoe snel CO2 wordt opgenomen door de algen. Tegelijkertijd kunnen we zien hoeveel DMS er wordt geproduceerd. We proberen die twee processen aan elkaar te koppelen. Dat zou het mooiste zijn voor de klimaatmodellen. Dan heb je twee vliegen in een klap.’

Poolonderzoek 2: Wat doen stofdeeltjes met het ijs?

Laurens Ganzeveld doet onderzoek naar de chemische samenstelling van de atmosfeer. Die wordt deels bepaald door oxidatie (het vormen van verbindingen met zuurstof) van stoffen die door menselijk handelen en natuurlijke processen in de lucht terechtkomen. Omdat zonlicht in de poolwinter ontbreekt, zal de oxidatie dan beperkt zijn. Dit leidt er onder andere toe dat luchtvervuiling die het poolgebied bereikt langer in de atmosfeer blijft hangen.

‘Dit jaar waren er bosbranden in Siberië en Alaska. We zijn benieuwd hoeveel van dit soort vervuilde lucht het Arctisch gebied bereikt en hoelang die aanwezig blijft.’ Door luchtvervuiling kunnen stofdeeltjes ontstaan die bijdragen aan de vorming van wolken. Die houden in de zomer zonlicht tegen en remmen opwarming af, maar in het donker van de winter houden ze juist warmte vast. Door bosbranden komen in het hoge noorden roetdeeltjes terecht die neerslaan op het ijs. Dat wordt donkerder, houdt daardoor meer warmte vast en smelt vervolgens sneller. ‘We willen weten hoe vervuiling uit Europa, Noord-Amerika en Azië het Arctische systeem kan beïnvloeden. Ik denk dat luchtvervuiling in de winter over veel grotere afstanden kan worden getransporteerd,  omdat chemische reacties dan langzamer gaan.’

Laurens Ganzeveld bestudeert de chemische samenstelling van de atmosfeer. Beeld Laurens Ganzeveld

Ganzeveld kijkt ook naar het opnemen van het broeikasgas ozon door de oceaan. De mate waarin dit gebeurt hangt af van de hoeveelheid plankton in het water. Hij verwacht dat de oceaan meer ozon zal opnemen als zee-ijs verdwijnt. Bovendien komen bij het smelten van ijs in het voorjaar chemische verbindingen vrij die ozon afbreken. Toch is dat geen reden om blij te zijn met het smeltende poolijs, zegt Ganzeveld. ‘Al zijn er aspecten die goed kunnen uitpakken, er zijn veel meer effecten waarover we ons zorgen maken. We zien nu al de tekenen van de opwarming. Omdat de Noordpool sterker opwarmt dan de tropen, verandert de circulatie in de atmosfeer. Dit mechanisme zou mogelijk ook kunnen resulteren in de veranderingen van het klimaat in Europa.’

Een van de vragen die Ganzeveld graag beantwoord wil zien, is hoe de oceaan reageert op het verdwijnen van het poolijs. Hoe zal de verticale circulatie van de oceaan veranderen? Gaat het water meer of minder mengen? Als het water meer mengt, komt er meer plankton en zal de oceaan meer CO2 opnemen. Maar het kan ook anders gaan: als de oceaan opwarmt, wordt vooral de toplaag warmer. Die kan als een soort deksel gaan werken, waardoor de menging van het water minder wordt, er minder plankton komt en geen CO2 meer wordt opgenomen. ‘Zullen de veranderingen in de atmosfeer en de oceaan worden versneld door terugkoppelingseffecten? Of zal er een compenserend effect zijn, waardoor de veranderingen langzamer gaan? Daar liggen de grote vragen.’

Poolonderzoek 3: hoe leeft de Arctische kabeljauw?

Fokje Schaafsma gaat net als Jacqueline Stefels eind januari naar de Polarstern. Haar onderzoek richt zich op de Arctische kabeljauw, een soort die verwant is aan de Atlantische kabeljauw die we in Nederland bij de visboer vinden. Waar zit deze vis? Bevinden ze zich het hele jaar vlak onder het ijs of zitten ze ook op grotere diepte? Wat eten ze? Verandert dat in de loop van het seizoen? 

Het onderzoek van Fokje Schaafsma richt zich op de Arctische kabeljauw. Beeld Fokje Schaafsma

Belangrijke vragen, zegt Schaafsma, omdat de Arctische kabeljauw een sleutelsoort is in de voedselketen van het poolgebied. ‘De soort speelt een belangrijke rol in het ecosysteem. Hij geeft energie door aan hogere organismen – de vis eet kleine kreeftachtigen en wordt gegeten door vogels en zeehonden. Ik wil heel graag weten waar de vissen zitten in de winter, hoe ze overleven en hoe ze zich in de overgang van winter naar het voorjaar aanpassen.’ Ze vreest de gevolgen van het verdwijnen van het zee-ijs. ‘Als straks in het centrale deel van de Noordelijke IJszee kan worden gevist, welke gevolgen heeft dat dan voor de competitie tussen de soorten? Wat doet dat met de voedselvoorziening van de vogels en de zeehonden? Een uniek ecosysteem staat op het spel.’

Lees hier meer over de MOSAiC-expedtie.  Volg het onderzoeksschip Polarstern via deze link.  

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden