Et år i isen

For 127 år siden drev Fridtjof Nansen forbi Nordpolen om bord på skipet Fram. Nå følger en ny ekspedisjon i fotsporene hans. I tolv måneder lar forskningsskipet Polarstern seg frosse fast i isen for å undersøke hvorfor den holder på å forsvinne.

For 127 år siden drev Fridtjof Nansen forbi Nordpolen om bord på skipet Fram. Nå følger en ny ekspedisjon i fotsporene hans. I tolv måneder lar forskningsskipet Polarstern seg frosse fast i isen for å undersøke hvorfor den holder på å forsvinne.

Lukas Piotrowski/AW

Med dundrende kanonsalutter og jubel fra tusenvis av nordmenn legger det særpregede fartøyet Fram til kai 24. juni 1893. Fra den trygge havnen i Christiania seiler den korte, brede skonnerten med det runde skroget ut av fjorden.

Deretter går turen nordover langs norskekysten, inn i Barentshavet, Karahavet og til slutt Laptevhavet like ved de nysibiriske øyer, 6000 kilometer unna.

Turen er i seg selv farefull, men det er ingenting i forhold til det ekspedisjonsleder Fridtjof Nansen har i tankene. Han beordrer skipet inn i pakkisen, der det fryser fast.

Planen er at det spesialbygde skipet og den håndplukkede besetningen på tolv mann skal drive med den nyoppdagede transpolare isstrømmen hele veien tvers over Nordishavet og fram til den geografiske nordpolen.

Fridtjof Nansen lod skibet Fram skrue fast i isen nord for Sibirien i september 1893. Skibet drev i tre år med den transpolære isstrøm forbi Nordpolen.

© F. Nansen/Archibald Constable & Co.

Selv om Nansen forsøker å klare det siste stykket med hundeslede, når han aldri nordpolen, men han kommer mye nærmere enn noen andre har vært, og underveis sørger han for å gi betydelige bidrag til forskningen om polområdene.

Forskere og eventyrere har senere latt seg inspirere av Nansens bedrifter, og 126 år senere pløyer historiens dyreste og mest ambisiøse polarekspedisjon seg i september 2019 vei mot Nordishavet.

Om bord på den tyske forskningsisbryteren Polarstern skal 300 forskere fra hele 19 ulike nasjoner la seg fryse seg fast i isen. Med toppmoderne utstyr og tekniske hjelpemidler Nansen bare kunne drømme om, skal forskerne samle de siste brikkene i det store puslespillet om Arktis.

Arktis forandrer seg med rekordfart

Ekspedisjonen som kalles MOSAIC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) har vært planlagt i over et tiår og koster om lag en milliard kroner. I et av klodens mest utilgjengelige og ugjestmilde områder skal forskningsskipet fra sin fastfrosne posisjon drive med isen forbi nordpolen.

© Shutterstock

Polarstern kom tættest på Nordpolen

I 1893 lod den norske polarfarer Fridtjof Nansen sit skib, Fram, fryse fast i isen og drev med den mod Nordpolen. Men kursen var for østlig, og Nansen forlod derfor Fram. Med hundeslæde nåede han 420 km fra den geogra­fiske nordpol og kom dermed tættere på målet end nogen før ham. I februar 2020 passerede forskningsskibet Polarstern på 158 kilometers afstand – det tætteste, et fastfrosset skib har været den geografiske nordpol.

Underveis dokumenterer forskerne blant annet isens endringer med hyppige målinger. Men de har det travelt, for med den globale oppvarmingen endrer Arktis seg raskere enn noe annet sted på kloden.

Nettopp de hyppige målingene og mulighetene for å observere den samme isen i et helt år er de viktigste grunnene til at forskerne lar seg selv og utstyret sitt fryse fast i pakkisen.

I 1893 måtte Nansen og besetningen hans selv seile Fram til iskanten nord for Sibir og oppholde seg på skipet i tre lange år. Arbeidet på Polarstern foregår derimot på skift av to måneders varighet. Hvert team består av 53 forskere og 44 besetningsmedlemmer.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Polarstern driver med isen i et år

Med base på Polarstern har forskerne i MOSAiC-prosjektet adgang til det samme isflaket og den samme isen i et helt år. Det gir en enestående mulighet for å forstå naturen i Arktis, der den globale oppvarmingen går mer enn dobbelt så raskt som på resten av kloden.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Skipet fungerer som en flytende by

Isbryteren Polarstern er forskernes trygge havn med bysse, soveplasser, sykehus og laboratorier. Et datasenter om bord sikrer at alle målingene fra de mange prosjektene blir registrert og oppbevart trygt.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Boreprøver undersøkes i laboratorier

Forskerne tar hele tiden prøver av isen og snøen, som de undersøker i laboratoriet om bord på Polarstern. Prøvene avslører blant annet hvordan isen smelter og fryser sesong etter sesong.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Torpedo måler isens tykkelse

Polarsterns helikopter flyr over isen med en 3,5 meter lang og 100 kilo tung torpedo som kalles EM-bird. Torpedoen inneholder to ulike sensorer som måler avstanden til isens overflate og til vannet under den.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Droner måler havstrømmer

Undervannsroboter og -sensorer undersøker hvordan havisen blir dannet og smelter igjen. De måler også havstrømmene som transporterer varmt vann og næringsstoffer rundt på kloden.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Satellitter leverer overblikket

Ekspedisjonen gjennomfører målinger av overflaten av isen og sammenligner dem med satellittmålinger. Dermed blir dataene mer presise, noe som bidrar til både klimamodeller og de daglige værvarslene.

Et av ekspedisjonens hovedformål er å undersøke mengden og tykkelsen av den arktiske isen, og her spiller den danske haviseksperten Rasmus Tonboe en viktig rolle.

Han er med på team 2, som skal reise mot nord om bord på den russiske isbryteren Kapitan Dranitsyn.

Særlig de siste meterne er strabasiøse, rett før de når fram til Polarstern, for det er ekstremt viktig ikke å påvirke isen, havet eller luften og dermed ødelegge noen av målingene som foregår omkring forskningsskipet.

© Folke Mehrtens/Alfred-Wegener-Institut

Dagbok fra ishavet

Fra desember 2019 til mars 2020 var haviseksperten Rasmus Tonboe fra Danmarks Meteorologiske Institut om bord på Polarstern. Underveis nedfelte han opplevelsene sine i en digital dagbok som ble sendt hjem via satellitt.

"Jeg har vært om bord på Dranitsyn i over to uker. Vi kan se Polarstern i det fjerne, men vi beveger oss veldig langsomt. Vi er tvunget til å skjære igjennom et område med polaris for å komme den riktige veien inn og legge til. Polarisen er tykk, og det går langsomt. Fram og tilbake – og så prøve igjen". 12. desember 2019

Bevæpnede bjørnevakter er et krav

Hver gang forskerne går ut på isen, for eksempel for å se til instrumentene, må de ha med en bjørnevakt. Vakten holder øye med området mens de andre arbeider.

Tett på skipet er det bare en av forskerne selv som blir utstyrt med rifle, radio og en signalpistol, men på lengre tokter vekk fra skipet må profesjonelle bjørnevakter være med.

© Lukas Piotrowski/AWI

De er ofte tidligere soldater som er vant til å arbeide i kulde og mørke. En av vaktene er for eksempel veteran fra den danske Station Nord på Prinsesse Ingeborg Halvø i det nordøstlige hjørnet av Grønland – bare 933 kilometer fra Nordpolen.

Men det er ikke bare bjørnene som er en utfordring for Rasmus Tonboe og team 2. De har også problemer med en litt for tillitsfull fjellrev.

“Reven utløser rakettene som skal advare mot bjørner. Den gnager også på kablene våre. En dag avbryter den faktisk datakabelen til området Met City, der vi utfører meteorologiske observasjoner. Den gnager også over tre kabler til satellittinstrumentene våre. Vi må ut og reparere dem. Og nå henger vi opp kablene, slik at de er utenfor rekkevidde. Det hjelper.” 6. januar 2020

Nansen betrakter derimot dyrelivet i Arktis som en ressurs – særlig da han i begynnelsen av 1895, etter 1,5 år i isen, må innse at Fram driver for langt mot øst.

Sammen med den erfarne hundeføreren Hjalmar Johansen bestemmer han seg for å prøve å nå nordpolen med hundeslede.

I begynnelsen går turen mot nord glatt, men etter hvert faller tempoet, og til slutt må de to svinge sørover. Det nordligste punktet de når, er 86°14" nord – om lag 420 kilometer fra nordpolen, som ligger på akkurat 90° nord.

Polarfarene tok med nok proviant til å nå målet sitt, men de ville ikke ha overlevd turen hjem bare på forsyningene. Kosten av sel, hvalross, bjørn og fugl var imidlertid så rikelig at da når to igjen kommer i kontakt med sivilisasjonen, har de ikke bare overlevd, men er særdeles velfødde og har lagt på seg flere kilo.

Nansen oppdaget dypt hav

Grunnlaget for all utforskning av Arktis – og særlig de såkalte driftseksperimentene, der forskerne arbeider fra et isflak eller et innefrosset skip – blir lagt med Fram.

Etter sin triumferende retur til Norge i 1896 konkluderer Nansen med at ekspedisjonen hans har bidratt med avgjørende kunnskap om ikke bare isen, men også den arktiske geografien og oseanografien.

Med observasjoner fra Fram står det klart at en såkalt transpolar isdrift driver fra området nord for Beringstredet og Sibirs kyst hele veien gjennom Arktis og over nordpolen mot Atlanterhavet.

Nansens oppdagelse punkterer dermed den framherskende ideen blant geografer, nemlig at isen var en fastliggende masse uten store bevegelser, som antagelig var forankret på en landmasse – kanskje til og med et skjult kontinent. Geografene anså derfor Nansens eksperiment for en gal manns verk.

Under hele ekspedisjonen registrerer Fram dybden av havet under isen og måler dybder på blant annet 610, 1800 og 2700 meter.

Konklusjonen er at det sentrale arktiske bassenget er et dypt hav uten spor av land eller øygrupper. I dag vet vi at klodens aller nordligste land er Kaffeklubben Øy utenfor Grønlands nordkyst på 83°39" – om lag 700 kilometer fra Nordpolen.

Skip driver mot nordpolen

Både Fram og Polarstern lar seg frosse fast og driver med den transpolare isdriften. Målet er å passere så tett på den geografiske nordpolen som mulig på nøyaktig 90° nord. Fram driver vel 454 kilometer for langt mot øst og når i mars 1895 posisjonen 85°57" N.

  1. februar 2020 er det Polarsterns tur til å passere over jordklodens topp. Takket være moderne modeller for isdriften klarer kaptein Stefan Schwarze å passere nordpolen på 158 kilometers avstand.

Selv om ingen av skipene treffer blink, kommer begge nærmere nordpolen enn noe annet frosset inne skip før dem og lærer mye om Arktis i det månedslange vintermørket og i de isende temperaturene som i polarvinden faller ned til -50 ° C.

“Skyene glir til side mens jeg er ved måleområdet og avslører at lyset er på vei tilbake. Det blå skjæret i horisonten er sterkt nok til at jeg ikke trenger hodelykten. Vinden er 14–15 m/s og fyker som et levende teppe over isen. Men over knehøyde er det noenlunde sikt. Temperaturen er bare omkring -22 °C. Det føles nesten behagelig.” 18. februar 2020

Akkurat som Nansen ønsker Rasmus Tonboe en bedre forståelse av polarområdet. Forskningen hans er konsentrert omkring isen og hvilken betydning snølaget har for satellittenes målinger av isens tykkelse.

Til syvende og sist skal resultatene forbedre de algoritmene – formler og beregningsteknologier – som oversetter data fra svermen av satellitter som hver dag passerer over Arktis.

Sammen med forskerkollegene sine fokuserer Rasmus Tonboe på radar- og radiometerinstrumenter. En radar sender ut en elektromagnetisk puls og måler hvor lang tid det går før ekkoet returnerer, og hvor kraftig det er.

Tiden avslører avstanden til for eksempel havisen, og ekkoets styrke inneholder informasjon om det radarbølgene har truffet. En rekke satellitter bruker radar- og radiometerteknologi som både kan måle istykkelse og levere data om vannstanden i havet, vannets saltinnhold, havtemperaturer, atmosfærens vanninnhold og så videre.

“I måleområdet vårt stikker isen sju centimeter opp av vannet og er litt over en meter tykt. Ovenpå ligger snø. Vi undersøker hvor refleksjonen av for eksempel radarbølgene kommer fra. Kommer den fra snøoverflaten? Fra overgangen mellom snø og is? Og hva betyr saltinnholdet, som vi kan se at hele tiden endrer seg? Det er det vist ingen som tidligere har undersøkt grundig. Men de små forskjellene er viktige når vi skal forstå data fra satellittene og oversette dem til blant annet tykkelse av isen.” 6. januar 2020

Presise oversettelser forbedrer modeller

Optimeringen av satellittenes målinger gjør de dataene som ender i vær- og klimamodeller, mer presise.

I Skandinavia kommer værsystemene for eksempel først og fremst fra vest og nordvest, noe som betyr at mye av luften har vært en tur over Arktis. Polarsterns arbeid er derfor ekstra viktig i forhold til å skaffe nettopp vårt hjørne av verden bedre værvarsler.

Satellittoptimeringen foregår ved at forskerne setter opp instrumenter på isen som er maken til de satellittene har om bord 700 til 800 kilometer oppe i rommet. Dermed får Rasmus Tonboe og kollegene hans fullstendig bedre kontroll på hva instrumentet måler.

Forskerne etablerer høydemålere på isen. De skal hjelpe satellitter i 700–800 kilometers høyde med å skille mellom snø og is, og dermed måle den korrekte istykkelsen.

© EADS Astrium

Mikrobølger måler istykkelse

Den europeiske CryoSat-2-satellitten er utstyrt med en radarbasert høydemåler, et såkalt altimeter. Hvert sekund sender det ut flere tusen mikrobølgepulser som reflekteres av både havet og isen. Bølgene returnerer med en forsinkelse til satellitten og avslører hvor tykk isen er.

© Stefan Hendricks/AWI

Salt forstyrrer målinger

Forskerne har oppdaget at signalene noen ganger blir bremset allerede av snølaget på isen, hvis snøen inneholder salt. Derfor har de medbrakt samme type altimeteret som var om bord på CryoSat-2 for å kartlegge akkurat hvordan mikrobølgene reflekteres.

© ESA

Data forbedrer værvarsler

Satellittene blir kalibrert og kan nå gi enda flere detaljer om mengden av is i Arktis. Istykkelsen forteller i seg selv om effektene av den globale oppvarmingen, men data inngår også i klimamodeller og er avgjørende for kvaliteten på værvarslene i blant annet Skandinavia.

Samtidig analyserer forskergruppen isen og snøen for å undersøke hvordan den endrer seg: Hvordan snø­fnugg blir slitt runde, fryser sammen og fordamper, hvordan salt trenger ut av isen, hvordan den smelter og fryser.

Og hvordan isen reagerer på de voldsomme endringene i luftens temperatur, som på få timer kan stige eller falle med 25 grader – alt sammen noe som kan påvirke satellittmålingene.

Polarstern tar dessuten med et instrument der som minner om et instrument som kalles ESMR, som blant annet var om bord i den amerikanske Nimbus 5-satellitten på 1970-tallet.

Det bruker Tonboe til å forlenge serien av satellittmålinger over havisens utbredelse bakover i tid. Dermed får forskerne enda bedre oversikt over hvordan isen har endret seg i løpet av de siste 50 årene.

Isen smelter med rekordfart

Havis er en av klodens mest følsomme klimatermometre og en dyster indikator på hvor mye temperaturen på kloden stiger.

Rasmus Tonboe har sammen med kollegene sine sett på en serie av målinger for isen fra 1978 til 2015 og konkludert med at arealet av den arktiske havisen i perioden årlig har falt med 94 000 kvadratkilometer.

Mengden av is er derfor den helt store forskjellen mellom det Arktis Nansen opplevde og det forskerne om bord på Polarstern arbeider med.

“Litt etter midnatt fikk vi besøk av en bjørn i måleområdet. Den så på alle instrumentene. Overvåkingskameraet registrerte at den var i gang med å ødelegge en mikrobølgeradiometer. Flere av de andre instrumenter har dessuten problemer med kulden. Det er vanskelig å finne reservedeler her. Skipselektrikeren er imidlertid veldig hjelpsom med kondensatorer og andre komponenter.” 21. januar 2020
© AWI

På slutten av 1800-tallet, da Fram-ekspedisjonen drev av sted, holdt den menneskeskapte globale oppvarmingen nemlig bare så smått på å legge fra land.

Forståelsen av drivhuseffekten var bare helt grunnleggende, selv om den ble oppdaget allerede i 1824 av den franske vitenskapsmannen Jean-Baptiste Joseph Fourier. Han innså at atmosfæren holder på energien fra solen, slik at den ikke forlater jorden med det samme igjen.

Senere har konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren steget med om lag 45 prosent. Beregninger viser at Arktis på Nansens tid rommet to millioner kvadratkilometer mer havis enn det gjør i dag. De rekordraske klimaendringene rammer imidlertid ikke utelukkende mot nord. Den motsatte enden av kloden er også plaget av en tilsvarende akselerert temperaturstigning.

Data fra de siste tre tiårene avslører en rekordrask oppvarming av Antarktis – på 0,61 grader per tiår – mer enn tre ganger raskere enn det globale gjennomsnittet.

En forskergruppe som står bak en ny studie at den antarktiske oppvarmingen, mener at den først og fremst skyldes naturlige årsaker – nemlig at varm og fuktig luft fra Sør-Atlanterhavet i stadig større grad blir transportert inn over kontinentet – med et mindre bidrag fra den menneskeskapte globale oppvarmingen.

Flytende forskningsstasjoner er framtiden

Arbeidet i Arktis blir stadig farligere fordi isen svekkes og blir ustabil og dynamisk. Det viser seg blant annet ved at Polarstern driver raskere på tvers av Arktis enn forskerne hadde forventet. Men det sterkeste beviset på de voldsomme endringene kommer fra de russiske Arktis- eksperimentene, Severny Polyus, der forskere i grupper ble satt ut på et stort isflak og deretter måtte klare seg selv i flere måneder.

Den første russiske forskningsstasjonen, Nordpol-1, ble opprettet i mai 1937 tett på nordpolen og drev på isen i ni måneder. Nordpol-2 ble først opprettet i 1950, men deretter var det stort sett hele tiden en sovjetisk forskningsstasjon ett eller annet sted på isen i Arktis.

Etter Nordpol-31 fra 1988 til 1991 fulgte en pause på tolv år på grunn av Sovjetunionens kollaps. Da Russland forsøkte å omstarte programmet i 2003, hadde forholdene endret seg dramatisk.

Tidligere kunne forskningsstasjonene ligge på det samme isflaket i opptil åtte år, men nå var isen for svak, og flakene passerte tvers over polbassenget og ut gjennom Framstredet ved Grønland i løpet av bare et år eller mindre.

Den hittil siste forskningsstasjonen i 2015 opererte bare i fire måneder.

“Jeg vil bruke målingene mine til å beskrive hva global oppvarming gjør med havisen. Havisen inngår i en rekke selvforsterkende prosesser som kan akselerere den globale oppvarming. Hvilke andre ting river havisen med seg når den forsvinner? Det er vanskelig å spå hva som kommer til å skje. Men når vi forstår de prosessene har vi en bedre sjanse for å gi en prognose for framtidens klima.” 21. januar 2020

Tilnærmingen med å plassere et skip i Arktis, og ikke bare et team av forskere på et isflak, er derfor polarforskningens framtid. Isen blir neppe stabil før den globale oppvarmingen er nullstilt, og det kan ta tusenvis av år.

Russerne har innsett dette og la i 2018 kjølen til en ny flytende forskningsplattform.

Skipet er designet til å drive med isen i stedet for å seile gjennom den og overtar derfor navnet Severny Polyus fra de sovjetiske og russiske stasjonene.

Det 84 meter lange og 22,5 meter brede skipet får plass til 34 forskere, og det blir utstyrt til å kunne operere i opptil to år uten kontakt med omverdenen.

Med Severny Polyus kan den vitenskapelige utforskningen av Arktis fortsette selv om isen i framtiden forsvinner helt i perioder – noe som ifølge klimamodellene kan være en realitet allerede i år 2035.