W 2024 r. badacze sponsorowani przez NASA rozpoczęli na Grenlandii eksperyment Arctic Radiation-Cloud-Aerosol-Surface Interaction Experiment (ARCSIX), aby zbadać szybki zanik lodu morskiego w Arktyce.
Wykorzystanie trzech NASA samolotów do szczegółowych pomiarów atmosferycznych i oceanicznych, zespół zbadał wpływ chmur, aerozoli i energii promieniowania na topnienie lodu. Odkrycia mają na celu udoskonalenie modeli klimatycznych poprzez gromadzenie danych w czasie rzeczywistym na temat właściwości chmur i dynamiki lodu morskiego.
Dynamika lodu arktycznego i inicjatywy badawcze
Lód morski pokrywający Ocean Arktyczny osiąga najgrubsze miejsce podczas długich, ciemnych zimowych miesięcy. Wraz z nadejściem wiosny, która przynosi światło słoneczne i wyższe temperatury, lód zaczyna się rozrzedzać i rozpadać. Wiatry i prądy pchają kry lodowe na południe przez wąskie przejścia po wschodniej i zachodniej stronie Grenlandii.
Od dziesięcioleci naukowcy wykorzystują dane satelitarne do monitorowania lodu od wiosny do jesieni, śledząc jego zasięg i stężenie w miarę topnienia. W 2024 r., jak zwykle, śledzenie było kontynuowane, ale zespół badaczy sponsorowanych przez NASA miał również rzadką okazję udania się do północnej Grenlandii, aby z bliska zbadać mniej znane aspekty procesu topnienia.
Kampania terenowa na Grenlandii: ARCSIX
W ramach kampanii terenowej pod nazwą Arctic Radiation-Cloud-Aerosol-Surface Interaction Experiment (ARCSIX), trzy samoloty NASA – nisko latający P-3 Orion i wysoko latające Gulfstream III I Learjet 35— oddelegowany na trzy tygodnie Maj i czerwiec i znowu przez miesiąc Lipiec i sierpień. Naukowcy z kilku instytucjiw tym University of Colorado Boulder, University of Michigan, Washington University w St. Louis, University of Arizona i Colorado State University.
Zdjęcie u góry strony, wykonane 15 czerwca 2024 r. przez MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) na należącym do NASA satelicie Terra, pokazuje Baza kosmiczna Pituffik, gdzie stacjonował 70-osobowy zespół. Loty odbywały się zazwyczaj na północ, przez Zatokę Baffina i Cieśninę Naresa wzdłuż zachodniego wybrzeża Grenlandii. Następnie polecieli albo na zachód, w okolice wyspy Ellesmere’a, albo na wschód wzdłuż północnego wybrzeża Grenlandii aż do Stacja Nord lub Cieśnina Frama. Cieśnina Frama, po wschodniej stronie Grenlandii, jest największym ujściem lodu morskiego z Oceanu Arktycznego, stanowiącym około 90 procent całkowitego lodu morskiego wywożonego z basenu każdego lata.
Zmiany klimatyczne i wyzwania Arktyki
„Naszym celem było zmierzenie ewolucji lodu morskiego Arktyki w sezonie topnienia lata w jednym z ostatnich bastionów wieloletniego lodu morskiego na świecie” – powiedział Patrick Taylor, zastępca kierownika naukowego misji ARCSIX. „Udaliśmy się na Grenlandię, aby zmierzyć właściwości atmosfery i oceanu, aby lepiej zrozumieć, co powoduje szybkie cofanie się lodu morskiego w Arktyce, które obserwowaliśmy w ostatnich dziesięcioleciach”.
Minimalny zasięg lodu morskiego w Arktyce zmniejszył się o ok 12 procent na dekadęi spadła z 7,54 mln km2 we wrześniu 1980 r. do 4,37 mln km2 we wrześniu 2023 r. Większość lodu morskiego w Arktyce została gruby, wieloletni lód w 1985 r. w porównaniu do teraz tylko mały ułamek. Temperatury w Arktyce przynajmniej wzrosły dwa razy szybciej— i prawdopodobnie prawie cztery razy szybciej – w porównaniu ze średnią dla reszty świata, jest to zjawisko znane jako „Wzmocnienie arktyczne”.
Efekty aerozolu i badania chmur
Jednym z głównych celów naukowych zespołu ARCSIX było zbadanie, w jaki sposób obecność pewnych typów chmur, których niełatwo scharakteryzować satelitami, może wpłynąć na tempo topnienia. „Chmury mogą ogrzewać lub chłodzić powierzchnię lodu w zależności od grubości chmur, wysokości nad poziomem morza i właściwości cząstek chmur” – wyjaśnił Ralph Kahn, członek zespołu ARCSIX i emerytowany naukowiec w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA (GSFC), obecnie w Centrum Lotów Kosmicznych im. Laboratorium Fizyki Atmosfery i Przestrzeni Kosmicznej na Uniwersytecie Colorado w Boulder. „A na kluczowe właściwości chmur wpływają unoszące się w powietrzu cząstki zwane aerozolektóre pojawiają się w postaci chmur pyłu lub dymu, mgły oceanicznej i innych źródeł, zasiewając chmury, a czasem zmieniając ich zasięg i właściwości”.
Główną rolą Kahna podczas wiosennego rozmieszczenia, wspieranego zdalnie przez naukowców z GSFC, Petera Colarco i Lauren Zamorę, było dostarczanie zespołowi codziennych prognoz dotyczących aerozoli i odpraw, podsumowujących rozmieszczenie, rodzaje i ilości cząstek spodziewanych podczas potencjalnego lotu następnego dnia . Popołudniowe odprawy opierały się na połączeniu pomiarów satelitarnych i stacji naziemnych oraz wynikach kilku modeli, w tym GEO (Goddard Earth Observing System) opracowany przez NASA.
Gromadzenie danych i wstępne ustalenia
Zespół ARCSIX zebrał mnóstwo danych na temat zmieniających się właściwości lodu morskiego, a także chmur, aerozoli i bilansu energii promieniowania, które naukowcy będą analizować w nadchodzących miesiącach i latach. „ARCSIX odniósł niewiarygodny sukces” – powiedział Taylor. „Byliśmy w stanie przechwycić dane we wszystkich warunkach lodu morskiego i chmur, na jakie liczyliśmy. Zadziwiające było także to, jak wiele różnych typów warstw aerozolu zaobserwowaliśmy w Arktyce. Pobraliśmy próbki dymu, kurzu, aerozoli morskich, zanieczyszczeń powietrza, a nawet cząstek powstałych w wyniku erupcji wulkanu”.
Kahn wrócił także z zestawem zdjęć życia w bazie oraz z lotu P-3, który odbył się 11 czerwca, i który pozwolił dostrzec lód morski, pokrywy lodowe i lodowce w tym odległym i szybko zmieniającym się regionie. Powyższe zdjęcia przedstawiają jasną, odbijającą światło powierzchnię lodu morskiego (wysokie albedozdjęcie po prawej), dzięki czemu powierzchnia jest chłodniejsza w porównaniu z ciemną, pochłaniającą naturą otwartej wody (niskie albedolewy obraz). Ciemniejsza otwarta woda pochłania znacznie więcej energii słonecznej niż jasne obszary pokryte lodem i z czasem nagrzewa się jeszcze szybciej – jest to przykład cyklu sprzężenia zwrotnego, który zwiększa tempo ocieplenia i utraty lodu w Arktyce. (To notatki z pola wpis na blogu pokazuje więcej zdjęć przedstawiających życie na Grenlandii, w tym kilka zrobionych przez Kahna.)
Refleksje i przyszłe kierunki badań
„Dlaczego jestem tutaj, na Grenlandii? Dlaczego przeprowadzamy te kampanie terenowe?” Kahn napisał w e-mailu podczas pobytu na Grenlandii. „Wiemy już, że w przyszłości Arktyka będzie cieplejsza. Ale jak szybko? A czy będzie bardziej wietrznie? Osuszacz? Bardziej pochmurno? Modele dają „wyniki”, ale czy przyjęte przez nie założenia są wystarczająco dokładne?” powiedział. „Trudno odpowiedzieć na takie pytania, ale jeśli możemy dodać do obrazu mały wycinek rzeczywistości, dokonując pomiarów w terenie, uzasadnia to cały wysiłek”.
Do najważniejszych danych zebranych przez naukowców na Grenlandii należały szczegółowe pomiary niskich, cienkich chmur, takich jak te widoczne na powyższym klipie wideo, których identyfikacja i interpretacja na podstawie samych zdjęć satelitarnych może być trudna. „Po raz pierwszy naprawdę dobrze przyjrzeliśmy się tym chmurom i możliwe, że mogą one mieć znacznie większy wpływ na powierzchnię Arktyki i pokrywę lodową morską, niż nam się wydawało” – powiedział Taylor. „Nie mogę się doczekać, aż zagłębię się w dane i spróbuję lepiej zrozumieć ich rolę”.
Zdjęcie z Obserwatorium Ziemi NASA wykonane przez Wanmei Lianga, wykorzystujące dane MODIS z NASA EOSDIS LANCE i GIBS/Worldview. Zdjęcia i wideo: Gary Banziger (NASA Langley) i Ralph Kahn (NASA GSFC/University of Colorado Boulder).
