Während der MOSAiC-Expedition erforschen Wissenschaftler aus 20 Nationen die Arktis im Jahresverlauf. Bild: AWI/Lianna Nixon

Klimaforschung der Extreme

Zwölf Monate reiste die „Polarstern“ im Rahmen der MOSAiC-Expedition durch das Nordpolarmeer, nun kehren die Wissenschaftler heim. Rund 500 Menschen aus 20 Nationen haben an der außergewöhnlichen Reise teilgenommen. Helmholtz-Forschende berichten von ihren abenteuerlichen Messungen in der Arktis.

„Das erlebt man nur einmal“, schwärmt Torsten Sachs vom Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, „und das auf so vielen Ebenen – wissenschaftlich, persönlich, gruppendynamisch und psychologisch.“ Er ist einer von zahlreichen Forschern, die an Bord des Forschungseisbrechers „Polarstern“ gingen und mit ihrem tatkräftigen Einsatz die größte Arktisexpedition aller Zeiten überhaupt erst möglich gemacht haben. An MOSAiC sind Wissenschaftler aus aller Welt beteiligt, um die Erwärmung der Arktis in einem Jahresverlauf zu erkunden. Das Projekt von globaler Bedeutung wird vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) geleitet. 

Mit dem Helikopter dem Methan auf der Spur

Während seiner Zeit auf der „Polarstern“ ging es Torsten Sachs vor allem um die Wechselwirkungen zwischen Ozean, Eis und Atmosphäre. Der Arbeitsgruppenleiter der GFZ-Sektion „Fernerkundung und Geoinformatik“ war insgesamt ein halbes Jahr im Nordpolareis zusammen mit dem MOSAiC-Team unterwegs. Mit der Hubschrauber-Schleppsonde „Helipod“ hat er sich auf die Suche nach dem Treibhausgas Methan gemacht. Um herauszufinden, woher das Methan kommt, hat er Proben der Luft, des Eises und des Wassers entnommen und untersucht. Denn so unwirtlich die Natur in der Arktis auch ist, gibt es doch Leben auf und unter dem Eis, das Energie braucht und Stoffwechsel betreibt. Wie viel Methan setzt die Arktis frei, und woher kommt es? Diesen Fragen ging Torsten Sachs auf der „Polarstern“ nach. Bis er allerdings die ersten Ergebnisse seiner „Geländearbeit“ veröffentlichen kann, wird noch einige Zeit vergehen. Allein die Fülle der Daten – pro Messflug fallen ca. 700 Gigabyte von 60 verschiedenen Sensoren an – bedeute, dass er und seine Kollegen bis Weihnachten nur für die metrologische Nachbereitung bräuchten.

Dafür nimmt der Wissenschaftler viele unvergessliche Eindrücke direkt von der Expedition mit. Schon die Vorbereitungen waren abenteuerlich: Schießübungen, um auf eventuelle Eisbärattacken vorbereitet zu sein, Überleben im Wasser trainieren, Bergungen durch Helikopter proben. Was in der Zeit der Expedition hinzukam, sind die vielen Verzögerungen, Planänderungen und das Zurechtkommen mit Unsicherheiten – vor allem in der Corona-Pandemie. „So eine Expedition gibt es vielleicht einmal in hundert Jahren“, fasst Torsten Sachs seine Erlebnisse zusammen. „Da will man als Geoforscher mit einer gewissen Neigung zu extremen Gegenden unbedingt dabei sein.“

Das marine Ökosystem unter Extrembedingungen

Wissenschaftler des GEOMAR – Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel waren an Bord der „Polarstern“ dem Leben unter dem Eis auf der Spur. In der Polarnacht von Dezember bis Februar haben sie Wasserproben entnommen und diese auf Bakterien und Phytoplankton untersucht. Damit wollten sie herausfinden, wie das marine Ökosystem unter Extrembedingungen funktioniert und wie es sich durch die globale Erwärmung verändert. Im Mittelpunkt ihrer Forschung standen Untersuchungen an Kleinstlebewesen, die unterhalb des arktischen Meereseises leben. Julia Gosse vom GEOMAR hat die Messungen an Bord durchgeführt.

Schon seit zehn mehr als Jahren beobachtet die GEOMAR-Arbeitsgruppe von Anja Engel gemeinsam mit Wissenschaftlern des AWI, wie sich die Produktion und der Abbau von organischer Materie im Meer, insbesondere in polaren Regionen, langfristig verändern. Allerdings konnten die Experten bisher nur zwischen Frühsommer und Herbst messen und meist in subpolaren Gebieten wie der Framstraße zwischen Grönland und Spitzbergen arbeiten. Deshalb waren die Untersuchungen im Rahmen der MOSAiC-Expedition ein echtes Highlight für das Forscherteam.

Beobachtungen der Arktis aus der Luft

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) kümmerte sich während der außergewöhnlichen Arktisreise um exakte Messtechnik und Untersuchungen aus der Luft. Denn in der harschen Umgebung des Nordpolarmeers sind Schiffe auf präzise Positionsbestimmungen angewiesen, damit sie sicher durch das Eis navigieren können. Um die maritime Sicherheit zu erhöhen, haben Forscher des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation Störungen der Navigationssysteme Galileo und GPS in Polnähe gemessen und ausgewertet – mit Hochraten-Empfängern für Navigationssatellitendaten, Prozessoren und Aufzeichnungsgeräten für die Rohdaten. Diese umfangreichen Daten sollen dazu beitragen, neue Signalverarbeitungsalgorithmen zu entwickeln.

DLR-Atmosphärenforscher konzentrieren sich indes auf die Frage, wie arktische Wolken entstehen. Seit Anfang September sind sie mit ihrer hochauflösenden Luftbildkamera an Bord der Forschungsflugzeuge Polar 5 und Polar 6 unterwegs. Aus früheren Untersuchungen ist bekannt, dass Wolken maßgeblich zur rasanten Erwärmung der Arktis beitragen – moderne Atmosphärenmodelle aber unterschätzen den Einfluss der Wolken und simulieren ihn unpräzise. Aus diesem Grund vermisst das Forscherteam die Luftmassen großräumig über dem Arktischen Ozean und untersucht alle für die Wolkenbildung relevanten Faktoren. „An Bord von Polar 5 messen wir mikrophysikalische Wolkeneigenschaften wie Tropfengrößenverteilung, Phase, Eis- und Flüssigwassergehalt sowie die Eiskristallformen", erklärt Valerian Hahn vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. Die gesammelten Daten helfen bei der Verbesserung von Klimamodellen.

Mit vereinten Kräften zum Erfolg

Insgesamt sind an MOSAiC rund 500 Menschen beteiligt – vor allem Forscher, aber auch Piloten und Kapitäne, Köche und Ingenieure. Die Arktisexpedition der Superlative wäre ohne die erfolgreiche Zusammenarbeit und die internationale Forschergemeinschaft, die in der Neugier den größten gemeinsamen Nenner hat, nicht möglich gewesen. „Wir arbeiten mit über 80 Institutionen aus 20 Ländern zusammen. Allein die Anzahl der Leute, die mitfahren, sprengt alle Dimensionen“, erklärte der Expeditionsleiter Markus Rex zum Start von MOSAiC. Nun kehrt die „Polarstern“ am 12. Oktober nach Bremerhaven zurück. Im Gepäck: unzählige Klimadaten, gesammelt unter Extrembedingungen von Forschern aus aller Welt.

Die MOSAiC-Expedition

Während der MOSAiC-Expedition erforschten Wissenschaftler aus 20 Nationen die Arktis im Jahresverlauf. Von September 2019 bis Oktober 2020 driftete der deutsche Eisbrecher „Polarstern“ eingefroren im Eis durch das Nordpolarmeer. MOSAiC wurde unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) realisiert. Damit dieses einzigartige Projekt gelang, arbeiteten über 80 Forschungsinstitute zusammen.

Kamerateams der UFA dokumentierten die Expedition von Beginn an. Am 16. November wird der Dokumentarfilm „Arctic Drift“ in der ARD ausgestrahlt.

An der Expedition beteiligte Helmholtz-Zentren

DLR

GFZ Potsdam

GEOMAR

02.10.2020 , Isabell Spilker

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