Et år i isen

For 127 år siden drev den norske polarfarer Fridtjof Nansen rundt om Nordpolen ombord på skibet Fram. Nu følger en ny ­ekspedition i hans fodspor. I 12 måneder lader forskningsskibet Polarstern sig fryse fast i isen for at undersøge, hvorfor den forsvinder.

For 127 år siden drev den norske polarfarer Fridtjof Nansen rundt om Nordpolen ombord på skibet Fram. Nu følger en ny ­ekspedition i hans fodspor. I 12 måneder lader forskningsskibet Polarstern sig fryse fast i isen for at undersøge, hvorfor den forsvinder.

Lukas Piotrowski/AW

Med bragende kanonsalutter og jubel fra tusinder af nordmænd lægger det særprægede fartøj Fram den 24. juni 1893 fra kaj. Fra den trygge havn i Christiania (nutidens Oslo) sejler den korte, brede og rundbundede skonnert ud af fjorden.

Herefter går turen nordpå langs Atlanterhavskysten ind i Barentshavet, Karahavet og til sidst Laptevhavet tæt på De Nysibiriske Øer, 6000 km væk. Turen er i sig selv en farefuld færd, men det er ingenting, i forhold til hvad ekspeditionslederen Fridtjof Nansen har i tankerne.

Han beordrer skibet ind i pakisen, hvor det fryser fast. Planen er, at det specialbyggede skib og den håndplukkede besætning på 12 mand som de første nogensinde skal drive med den nyopdagede transpolare isstrøm hele vejen tværs over Det Arktiske Ocean og frem til den geografiske nordpol.

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.

Selvom Nansen forsøger at klare det sidste stykke med hundeslæde, når han aldrig Nordpolen, men han kommer langt tættere på end nogen anden, og undervejs bringer han den spæde arktiske forskning fremad med stormskridt.

Forskere og eventyrere har siden skelet til Nansens bedrifter, og 126 år efter hans nordpolsforsøg pløjer historiens dyreste og mest ambitiøse polarekspedition sig i september 2019 vej mod Ishavet.

Ombord på den tyske forskningsisbryder Polarstern skal 300 forskere fra 19 nationer fryse sig fast i isen. Med topmoderne udstyr og tekniske hjælpemidler, Nansen kun kunne drømme om, skal forskerne samle de sidste brikker i det store polare puslespil.

Arktis forandrer sig med rekordfart

Ekspeditionen kaldet MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) har været undervejs i ti år og koster ca. en milliard kroner. I et af klodens mest utilgængelige og ugæstfrie områder skal forskningsskibet fra sin fastfrosne position 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.

Undervejs dokumenterer forskerne bl.a. isens forandringer med hyppige målinger. Men de har travlt, for med den globale opvarmning ændrer Arktis sig hurtigere end noget andet sted på kloden.

Netop de hyppige målinger og mulighederne for at observere den samme is i et helt år er de vigtigste grunde til, at forskerne lader sig selv og deres udstyr fryse inde i pakisen.

Men hvor Nansen og hans besætning i 1893 selv sejler Fram til iskanten nord for Sibirien og deltager i hele den godt tre år lange ekspedition, så foregår arbejdet på Polarstern i skiftehold af to måneders varighed.

Hvert hold består af 53 forskere og 44 besætningsmedlemmer, som sejles frem til Polarstern.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Polarstern driver med isen i et år

Med base på Polarstern har forskerne i MOSAiC-projektet adgang til den samme isflage og den samme is i et helt år. Det giver en enestående mulighed for at forstå naturen i Arktis, hvor den globale opvarmning går mere end dobbelt så stærkt som på resten af kloden.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Skibet fungerer som en flydende by

Isbryderen Polarstern er forskernes sikre havn med kabys, sovepladser, hospital og laboratorier. Et datacenter ombord sikrer, at alle målingerne fra de mange projekter bliver registreret og opbevaret sikkert.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Boreprøver undersøges i laboratorier

Forskerne tager løbende prøver af isen og sneen, som de undersøger i frostlaboratoriet ombord på Polarstern. Prøverne afslører bl.a., hvordan isen smelter og fryser sæson efter sæson.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Torpedo måler isens tykkelse

Polarsterns helikopter flyver over isen med en 3,5 m lang og 100 kg tung torpedo kaldet EM-bird. Torpedoen indeholder to forskellige sensorer, som måler afstanden til isens overflade og til vandet nedenunder.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Droner måler havstrømme

Undervandsrobotter og -sensorer undersøger, hvordan havisen bliver dannet og smelter igen. De måler også havstrømmene, som
transporterer varmt vand og næringsstoffer rundt på kloden.

© Martin Künsting/AWI & Shutterstock

Satellitter leverer overblikket

Ekspeditionen laver målinger på overfladen af isen, og sammenligner dem med satellitmålinger. På den måde bliver dataene mere præcise, hvilket gavner både klimamodeller og de daglige vejrudsigter.

Et af ekspeditionens hovedformål er at undersøge mængden og tykkelsen af den arktiske is, og her spiller den danske havisekspert Rasmus Tonboe en vigtig rolle.

Han er med på hold 2, der sejler mod nord ombord på den russiske isbryder Kapitan Dranitsyn.

Især de sidste meter, inden de når frem til Polarstern, er vanskelige, fordi det er ekstremt vigtigt ikke at påvirke isen, havet eller luften og dermed ødelægge nogle af de mange målinger, som foregår omkring forskningsskibet.

© Folke Mehrtens/Alfred-Wegener-Institut

Dagbog fra ishavet

Fra december 2019 til marts 2020 var havis­eksperten Rasmus Tonboe fra Danmarks Meteorologiske Institut ombord på Polarstern. Undervejs nedfældede han sine oplevelser i en digital dagbog, som blev sendt hjem via satellit.

"Jeg har været ombord på Dranitsyn i over to uger. Vi kan se Polarstern i det fjerne, men vi bevæger os meget langsomt. Vi er tvunget til at skære igennem et område med polaris for at komme den rigtige vej ind og lægge til. Polaris er tyk is, og det går langsomt. Frem og tilbage – og så prøve igen". 12. december 2019

Bevæbnede bjørnevagter er et krav

Hver gang forskerne går ud på isen, fx for at tilse instrumenterne, skal de have en bjørnevagt med. Vagten holder øje med området, mens de andre arbejder.

Tæt på skibet er det blot en af forskerne selv, som bliver udstyret med riffel, radio og en signalpistol, men på længere togter væk fra skibet skal professionelle bjørnevagter med.

Professionelle bjørnevagter passer på forskerne, når de drister sig ud på isen. Vagterne er bevæbnede med rifler og signalpistoler med kanonslag.

© Lukas Piotrowski/AWI

De er ofte tidligere soldater, som er vant til at arbejde i kulde og mørke. En af vagterne er fx veteran fra den danske Station Nord på Prinsesse Ingeborg Halvø i det nordøstlige hjørne af Grønland – kun 933 km fra Nordpolen.

Men det er nu ikke bjørnene, som er Rasmus Tonboe og hold 2’s store udfordring. Til gengæld har de problemer med en lidt for tillidsfuld polarræv.

“Ræven udløser raketterne, som skal advare imod indtrængende bjørne. Den gnaver også i vores kabler. En dag afbryder den endda datakablet til området Met City, hvor vi udfører meteorologiske observationer. Den gnaver også tre kabler over til vores satellitinstrumenter. Vi må ud og reparere dem. Og så hænger vi kablerne op, så de er uden for rækkevidde. Det hjælper.” 6. januar 2020

Nansen betragter derimod dyrelivet i Arktis som en ressource – særligt da han i starten af 1895, efter 1,5 år i isen, må sande, at Fram driver for langt mod øst.

Sammen med den erfarne hundefører Johansen beslutter han sig for at prøve at nå Nordpolen med hundeslæde.

I begyndelsen går turen mod nord glat, men efterhånden falder tempoet, og til sidst må de to mænd dreje sydover. Det nordligste punkt, de når, er 86°14’ nord – ca. 420 km fra Nordpolen, der ligger på præcis 90° nord.

Polarfarerne medbragte proviant nok til at nå deres mål, men de ville ikke have overlevet turen hjem alene på forsyningerne.

Kosten af sæl, hvalros, bjørn og fugl er dog så rigelig, at da de to mænd igen kommer i kontakt med civilisationen, har de ikke blot overlevet, men er decideret velnærede og har taget flere kilo på.

Nansen opdagede dybt ocean

Grundlaget for al udforskning af Arktis – og især de såkaldte driftseksperimenter, hvor forskerne arbejder fra en isflage eller et indefrosset skib – bliver lagt med Fram.

Efter sin triumferende tilbagekomst til Norge i 1896 konkluderer Nansen, at hans ekspedition har bidraget med afgørende viden om ikke blot isen, men også den arktiske geografi og oceanografi.

Med Frams drift og observationer står det klart, at en såkaldt transpolar isdrift driver fra området nord for Beringsstrædet og Sibiriens kyst hele vejen igennem Arktis og hen over Nordpolen mod Atlanterhavet.

Nansens opdagelse punkterer dermed datidens fremherskende idé blandt geografer, nemlig at isen var en fastliggende kalot uden store bevægelser, som formentlig var forankret på en landmasse – måske endda et helt skjult kontinent.

Geograferne anså derfor Nansens driftseksperiment for en gal mands værk.

Under hele ekspeditionen registrerer Fram dybden af havet under isen og måler dybder på bl.a. 610, 1800 og 2700 meter.

Konklusionen er, at det centrale arktiske bassin er et dybt ocean uden spor af land eller øgrupper. I dag ved vi, at klodens allernordligste stykke land er Kaffeklubben Ø ud for Grønlands nordkyst på 83°39’ – ca. 700 km fra Nordpolen.

Skibe driver mod Nordpolen

Både Fram og Polarstern lader sig fryse inde og driver med den transpolare isdrift med ønsket om at passere så tæt på den geografiske nordpol som muligt på præcis 90° nord.

Fram driver godt 454 kilometer for langt mod øst og når i marts 1895 positionen 85°57'N.

Den 24. februar 2020, er det Polarsterns tur til at passere hen over jordklodens top. Takket være moderne modeller for isens drift lykkes det kaptajn Stefan Schwarze at passere Nordpolen på 158 kilometers afstand.

Selvom ingen af skibene rammer plet, kommer begge tættere på Nordpolen end noget andet indefrosset skib før dem og lærer vigtigt nyt om Arktis i det månedlange vintermørke og i de isnende temperaturer, der i polarvinden falder ned til -50 °C.

“Skyerne glider til side, mens jeg er ved måle­området, og afslører, at lyset er på vej tilbage. Det blå skær i horisonten er stærkt nok til, at jeg ikke skal bruge pandelampen. Vinden er 14-15 m/s og fyger som et levende tæppe hen over isen. Men over knæhøjde er der nogenlunde sigt. Temperaturen er blot omkring -22 °C. Det føles næsten behageligt.” 18. februar 2020

Akkurat som Nansen ønsker Rasmus Tonboe en bedre forståelse af polarområdet. Hans forskning er koncentreret omkring isen, og hvilken betydning snelaget har for satellitternes målinger af isens tykkelse.

I sidste ende skal resultaterne forfine de algoritmer – formler og beregningsteknikker – der oversætter data fra sværmen af satellitter, som hver dag passerer over Arktis.

Sammen med sine forskerkollegaer fokuserer Rasmus Tonboe på radar- og radiometerinstrumenter. En radar udsender en elektromagnetisk puls og måler, hvor lang tid der går, før ekkoet returnerer, og hvor kraftigt det er.

Tiden afslører afstanden til fx havisen, og ekkoets styrke indeholder informationer om, hvad radarbølgerne har ramt.

En række satellitter benytter radar- og radiometerteknologi, der både kan måle istykkelse og levere data om vandstanden i havet, vandets saltindhold, havtemperaturer, atmosfærens fugtighed osv.

“I vores måleområde stikker isen syv centimeter op af vandet og er lidt over en meter tyk. Ovenpå ligger sne. Vi undersøger, hvor refleksionen af for eksempel radar­bølgerne kommer fra. Kommer den fra sne­overfladen? Fra overgangen mellem sne og is? Og hvad betyder saltindholdet, som vi kan se hele tiden ændrer sig? Det er der vist ingen, som tidligere har undersøgt grundigt. Men de små forskelle er vigtige, når vi skal forstå data fra satellitterne og oversætte dem til blandt andet tykkelse af isen.” 6. januar 2020

Præcise oversættelser forbedrer udsigter

Optimeringen af satellitternes målinger gør de data, som ender i vejr- og klimamodeller, mere præcise.

I Skandinavien kommer vejrsystemerne for eksempel primært fra vest og nordvest, hvilket betyder, at meget af luften har været en tur hen over Arktis.

Polarsterns arbejde er derfor ekstra vigtigt i forhold til at skaffe netop vores hjørne af verden bedre vejrudsigter.

Satellitoptimeringen foregår ved, at forskerne opsætter instrumenter på isen, der er magen til dem, satellitterne har ombord 700 til 800 km oppe i rummet. På den måde får Rasmus Tonboe og hans kolleger fuldstændig styr på, hvad instrumentet måler.

Forskerne opstiller højdemålere på isen. De skal hjælpe satellitter i 700-800 kilometers højde med at skelne sne fra is og måle den korrekte istykkelse.

© EADS Astrium

Mikrobølger måler istykkelse

Den europæiske CryoSat-2-satellit er udstyret med en radarbaseret højdemåler, et såkaldt altimeter. Hvert sekund udsender det flere tusind mikrobølgepulser, som reflekteres af både havet og isen. Bølgerne returnerer forskudt til satellitten og afslører, hvor tyk isen er.

© Stefan Hendricks/AWI

Salt forstyrrer målinger

Forskerne har opdaget, at signalerne indimellem bliver bremset allerede af snelaget på isen, hvis sneen indeholder salt. Derfor har de medbragt et instrument magen til altimeteret på CryoSat-2 for at kortlægge, præcis hvordan mikrobølgerne reflekteres.

© ESA

Data forbedrer vejrudsigter

Satellitterne bliver kalibreret og kan nu give endnu flere detaljer om mængden af is i Arktis. Istykkelsen sladrer i sig selv om effekterne af den globale opvarmning, men data indgår også i klimamodeller og er afgørende for kvaliteten af vejrudsigterne i bl.a. Skandinavien.

Samtidig analyserer forskergruppen isen og sneen for at undersøge, hvordan den ændrer sig: Hvordan snefnug bliver slidt runde, fryser sammen og fordamper, hvordan salt trænger ud af isen, hvordan den smelter og fryser.

Og hvordan isen reagerer på de voldsomme ændringer i luftens temperatur, som på få timer kan stige eller falde med 25 grader – alt sammen noget, som kan påvirke satellitmålingerne.

Polarstern medbringer desuden et instrument, hvis data ligner data fra et instrument kaldet ESMR, der bl.a. var i rummet med den amerikanske Nimbus 5-satellit i 1970’erne.

Det bruger Rasmus Tonboe til at forlænge serien af satellitmålinger over havisens udbredelse bagud i tid. Dermed får forskerne endnu bedre styr på, hvordan isen har ændret sig i løbet af de seneste 50 år.

Isen smelter med rekordfart

Havis er et af klodens mest følsomme klimatermometre og en dyster indikator på, hvor meget temperaturen på kloden stiger.

Rasmus Tonboe har sammen med sine kolleger kigget på en serie af målinger for isen fra 1978 til 2015 og konkluderet, at arealet af den arktiske havis i perioden årligt er faldet med 94.000 kvadratkilometer.

Mængden af is er derfor den helt store forskel mellem det Arktis, Nansen oplevede, og det, forskerne ombord på Polarstern arbejder med.

“Lidt efter midnat fik vi besøg af en bjørn i måleområdet. Den kiggede på alle instrumenterne og blev fanget af overvågningskameraet i gang med at ødelægge et mikrobølgeradiometer. Flere af de andre instrumenter har desuden problemer med kulden. Det er svært at finde reservedele her. Skibselektri­keren er dog meget hjælpsom med kondensatorer og andre komponenter.” 21. januar 2020

Nysgerrige isbjørne er en evig kilde til frustration for forskerne. En velplaceret potelab kan hurtigt ødelægge udstyr for tusindvis af kroner.

© AWI

I slutningen af 1800-tallet, hvor Fram-ekspeditionen drev afsted, var den menneskeskabte globale opvarmning nemlig kun så småt ved at lægge fra land.

Forståelsen af drivhuseffekten var endnu helt basal, selvom den blev erkendt allerede i 1824 af den franske videnskabsmand Jean-Baptiste Joseph Fourier. Han indså, at atmosfæren tilbageholder energien fra Solen, så den ikke forlader Jorden med det samme igen.

Siden er koncentrationen af CO2 i atmosfæren steget med ca. 45 procent. Beregninger viser, at Nansens Arktis rummede to millioner kvadratkilometer mere havis end det Arktis, Polarstern driver rundt i.

De rekordhurtige klimaændringer rammer dog ikke udelukkende mod nord. Den modsatte ende af kloden er også plaget af en tilsvarende accelereret temperaturstigning.

Data fra de seneste tre årtier afslører en rekordhurtig opvarmning af Antarktis på 0,61 grader pr. årti – mere end tre gange hurtigere end det globale gennemsnit.

Men i modsætning til Arktis, så vurderer forskerholdet bag en ny undersøgelse, at den antarktiske opvarmning primært skyldes naturlige årsager – nemlig at varm og fugtig luft fra Sydatlanten i stadig større grad bliver transporteret ind over kontinentet – med et mindre bidrag fra den menneskeskabte globale opvarmning.

Flydende forskningsstationer er fremtiden

Arbejdet i Arktis bliver stadig farligere, fordi isen løbende svækkes og bliver ustabil og dynamisk. Det viser sig bl.a. ved, at Polarstern driver hurtigere på tværs af Arktis, end forskerne havde forventet. Men det stærkeste bevis på de voldsomme ændringer kommer fra de russiske Arktis-eksperimenter, Severny Polyus, hvor forskere i grupper blev sat af på en isflage og måtte klare sig selv i flere måneder.

Den første russiske forskningsstation, Nordpol-1, blev oprettet i maj 1937 tæt på Nordpolen og drev på isen i ni måneder.

Nordpol-2 blev først oprettet i 1950, men derefter var der stort set konstant en sovjetisk forskningsstation et eller andet sted på isen i Arktis.

Efter Nordpol-31 fra 1988 til 1991 fulgte en pause på 12 år på grund af Sovjetunionens kollaps.

Da Rusland forsøgte at genstarte programmet i 2003, havde forholdene ændret sig dramatisk. Tidligere kunne forskningsstationerne ligge på den samme isflage i helt op til otte år, men nu var isen for svag, og flagerne løb tværs over polbassinet og ud gennem Framstrædet ved Grønland i løbet af blot et år eller mindre.

Den hidtil sidste forskningsstation i 2015 opererede blot i fire måneder.

“Jeg vil bruge mine målinger til at beskrive, hvad global opvarmning gør ved havisen. Havisen indgår i en række selvforstærkende processer, der er i stand til at accelerere den globale opvarmning. Hvilke andre ting river havisen med sig, når den forsvinder? Det er svært at forudse, hvad der kommer til at ske. Men når vi forstår de processer, har vi en bedre chance for at give en prognose for fremtidens klima.” 21. januar 2020

Frams og Polarsterns tilgang med at placere et skib i Arktis, og ikke bare et hold forskere på en isflage, er derfor polarforskningens fremtid.

Isen bliver næppe stabil, før den globale opvarmning er nulstillet, og det kan tage tusinder af år. Russerne har indset dette og lagde i 2018 kølen til en ny flydende forskningsplatform.

Skibet er designet til at drive med isen frem for at sejle igennem den og overtager derfor navnet Severny Polyus fra de sovjetiske og russiske driftsstationer.

Det 84 m lange og 22,5 m brede skib får plads til 34 forskere, og som noget helt nyt bliver det udstyret til at kunne operere i op til to år uden kontakt med omverdenen.

Med Severny Polyus kan udforskningen af Arktis fortsætte, selv hvis isen i fremtiden forsvinder helt i perioder – noget, der ifølge klimamodellerne kan være en realitet allerede i år 2050.