Onderzoek doen in het ‘epicentrum van klimaatverandering’ blijkt bij vlagen een ronduit schokkende ervaring te zijn.

In oktober 2019 vertrekt de ijsbreker Polarstern richting het noorden. De kapitein van het schip heeft een ongewone opdracht meegekregen: hij moet de boot vast laten vriezen in het Arctische zee-ijs en deze vervolgens mee laten voeren door de zeestromingen die ook het omringende zee-ijs transporteren. Ondertussen doen wetenschappers aan boord van de ijsbreker bij toerbeurt onderzoek naar klimaatverandering in het Noordpoolgebied, de gevolgen die het verdwijnen van het zee-ijs heeft, de atmosfeer en het lokale ecosysteem.

Baanbrekend
Het moest een baanbrekende en unieke poolexpeditie worden. Waar het normaliter praktisch onmogelijk is om het gebied rondom de Noordpool tijdens de winter te bezoeken, zouden wetenschappers zich er gewoon naartoe laten drijven en er voor het eerst gedurende de winter en het vroege voorjaar metingen en experimenten uitvoeren en zo een uniek inkijkje krijgen in hoe dit gebied – en alle processen die daar spelen – door de seizoenen heen veranderen. En de verzamelde data konden dan weer worden gebruikt om klimaatmodellen te verbeteren. “Dat kan ongekend nieuwe inzichten opleveren,” zo voorspelde onderzoeker Maria van Leeuwe, vorig jaar in gesprek met Scientias.nl.

Inmiddels zit de grootste poolexpeditie ooit erop: de ijsbreker Polarstern keerde afgelopen oktober terug naar Bremerhaven. Op de ongekend nieuwe inzichten moeten we nog even wachten – de verzamelde data moeten nog geanalyseerd worden – maar dat het Arctisch gebied rap verandert, lijdt ook na deze poolexpeditie geen twijfel. “Wij hebben gezien dat het Arctische ijs stervende is,” zo stelde expeditieleider en professor Markus Rex, kort nadat de Polarstern in Bremerhaven aanmeerde.

“We hebben wel een paar tenten in het kruiende zee-ijs zien verdwijnen”

Dynamisch ijs
Het is een veelgehoorde kreet onder expeditieleden: de erbarmelijke toestand van het ijs heeft duidelijk indruk gemaakt. En dat is niet zo vreemd ook, want het wegkwijnende zee-ijs maakte de expeditie er niet gemakkelijker op. Zo viel het niet mee om een geschikte ijsplaat te vinden waar de Polarstern in vast kon vriezen; veel zee-ijs was te dun. En toen het toch gelukt was om de ijsbreker in zee-ijs vast te laten vriezen, bleek dat zee-ijs weer veel eerder op te breken dan verwacht, zo vertelt Jacqueline Stefels die eerder dit jaar bijna vijf maanden op de Polarstern doorbracht. “Ik kwam in februari op de ijsbreker aan en we hadden verwacht dat deze nog wel even stevig vast zou blijven zitten in het zee-ijs, ook omdat maart doorgaans de koudste maand is. Maar we waren er nog maar een dag of tien toen het zee-ijs alweer begon op te breken. Er ontstonden scheuren in het zee-ijs die soms slechts enkele centimeters, maar soms ook tientallen meters breed waren. En die scheuren gingen heel snel open, maar ook heel snel weer dicht; soms lag er de volgende dag alweer tien centimeter ijs op. En je moet je voorstellen dat de losse stukken ijs die door die scheurvorming ontstaan ook weer volop bewegen, waardoor het ijs op sommige plekken ging kruien en ruggen van ijs ontstonden. Heel mooi om te zien, maar bijzonder onverwacht.” Het dynamische ijs bracht bovendien nogal wat uitdagingen mee voor de onderzoekers die hun instrumenten op het ijs rondom de ijsbreker hadden gezet. “Doordat het zee-ijs zo dynamisch was, kwamen de stroomkabels (die naar de ijsbreker liepen, red.) soms op knappen te staan of elders weer in ijsruggen vast te zitten. Gelukkig is het verlies van apparatuur beperkt gebleven, maar we hebben wel een paar tenten in het kruiende ijs zien verdwijnen.”

Klimaatverandering
Je zou dan ook kunnen concluderen dat de expeditie bemoeilijkt werd door datgene wat de wetenschappers wilden onderzoeken: klimaatverandering. Want dat het ongekend dynamische karakter van het zee-ijs daarnaar te herleiden is, staat vast. “Hoe dunner het ijs, hoe gemakkelijker het breekt,” merkt Stefels nuchter op. “Als je een vijf meter dikke laag zee-ijs hebt, gebeurt daar weinig mee. Maar dat is verleden tijd.” Doordat het Arctisch gebied ongeveer twee keer sneller opwarmt dan de rest van de aarde, is het zee-ijs de afgelopen decennia in rap tempo dunner geworden. Waar de Polarstern – die al heel wat jaren meegaat – in 1990 voor de kust van Siberië nog 1,6 meter dik zee-ijs voor de kiezen kreeg, was het zee-ijs bij de start van de expeditie in hetzelfde gebied amper 50 centimeter dik. En doordat het zee-ijs dunner is en makkelijker opbreekt, zie je meer losse stukken ijs en meer open water. “Die losse stukken zee-ijs groeien ‘s winters wel naar elkaar toe, maar we hebben gezien dat ze ook weer gemakkelijker opbreken dan we eigenlijk hadden verwacht.”

Corona
Uiteindelijk was het echter niet klimaatverandering, maar een heel andere crisis die de ijsbreker uit het zee-ijs deed komen. Want terwijl het ijs rond de Polarstern begon te scheuren en schuiven, kreeg de rest van de wereld te maken met een heel ander onverwacht probleem: SARS-CoV-2. Van dat virus hadden onderzoekers op de ijsbreker weinig te vrezen. “Wij zaten in een coronavrije bubbel,” aldus Stefels die in januari naar de Polarstern vertrok en er eind februari arriveerde. “Niet veel later ging de wereld op slot.” En dat was wel een probleem voor de bemanning en onderzoekers aan boord van de ijsbreker. Want het betekende dat zij niet konden worden afgelost. “Doordat het zee-ijs zo dun en dynamisch was, konden er geen vliegtuigen landen. En alle ijsbrekers lagen aan de ketting.” En zo kwamen de onderzoekers wel heel letterlijk vast te zitten nabij de Noordpool. “Uiteindelijk heeft de Duitse overheid een aantal onderzoeksschepen naar Spitsbergen gestuurd.” Omdat de schepen ongeschikt waren om naar de Polarstern te reizen, zat er maar één ding op. “De Polarstern moest zelf uit het zee-ijs komen en naar Spitsbergen reizen zodat de ploegen daar gewisseld konden worden.” Stefels was één van de onderzoekers die uiteindelijk half juni – twee maanden later dan gepland – van de Polarstern stapten. De onderzoekers die Stefels en collega’s aflosten, haasten zich aan boord van de Polarstern, waarna deze weer koers zette naar het noorden en zich voor de tweede keer vast liet lopen in hetzelfde stuk zee-ijs. Dat was echter maar van korte duur. “Twee maanden later was al het zee-ijs opgebroken.”

De Polarstern in het Arctisch zee-ijs. Het zee-ijs waar de ijsbreker uiteindelijk in vast kwam te zitten, was gemiddeld zo’n 50% minder dik dan gehoopt. Gelukkig zaten in het zee-ijs ook wat dikkere stukken waar instrumenten neergezet konden worden. “Toen het zee-ijs begon op te breken, dreven die dikkere stukken ijs van ons vandaan,” zo vertelt Stefels. “De apparatuur stond gelukkig veilig, maar alles kwam wel los te liggen van de Polarstern.” Afbeelding: Alfred-Wegener-Institut / Michael Gutsche (CC-BY 4.0).

De ijsbreker vervolgde daarop zijn reis naar de Noordpool. En ook daar bleef men zich verbazen over de toestand van het zee-ijs en het gemak waarmee de Polarstern zich noordwaarts kon bewegen. “Ik was onderweg naar het noorden met name onder de indruk van de vele uitgestrekte stukken open water en hoe gemakkelijk we – zelfs nabij de Noordpool – door het ijs heen konden bewegen,” aldus Thomas Wunderlich, één van de kapiteins van de Polarstern. “We zijn geen enkele keer vast komen zitten en waren in staat om een route richting het noorden van Groenland te volgen die normaal gesproken vermeden moet worden, omdat het gebied bekend staat om het enorme, vrijwel ondoordringbare zee-ijs.”

Algen
Stefels was op dat moment alweer thuisgekomen, waar ze zich tot op de dag van vandaag vastbijt in de enorme hoeveelheid data die zij en haar collega’s aan boord van de Polarstern hebben verzameld. “Ik doe onderzoek naar algen en de chemische componenten die daarmee geassocieerd worden,” zo vertelt Stefels. Het gaat dan om micro-algen die in het zee-ijs leven en – net als alle planten – CO2 opnemen om te groeien en daarnaast en passant het klimaatkoelende gas dimethylsulfide (DMS) produceren. Door de opwarming van de aarde verdwijnt het zee-ijs en komen ook deze twee processen onder druk te staan, wat vanzelfsprekend ook weer gevolgen kan hebben voor de mate waarin ons klimaat verandert. Er zijn echter nog veel vragen over deze algen en de impact die ze op ons klimaat hebben. Stefels hoopt een aantal van deze vragen te kunnen beantwoorden dankzij monsters die voor, tijdens en na de Arctische winter van het zee-ijs zijn verzameld. Het is slechts één van de vele onderzoeken die de afgelopen maanden in en rondom de Polarstern zijn uitgevoerd. “Het zijn allemaal puzzelstukjes,” zo stelt Stefels. En samen moeten ze uiteindelijk een genuanceerder beeld geven van de toekomst van ons klimaat, dat sterk beïnvloed word door wat er in het Arctisch gebied gebeurt. “Klimaatmodellen voorspellen dat de temperaturen in het Arctisch gebied tegen het einde van de eeuw 5 tot 15 graden Celsius hoger zullen liggen dan nu. Dat is een enorme marge en die vloeit voort uit een gebrek aan kennis.” Het gaat dan vooral om kennis van zogenoemde feedbackprocessen, waarbij klimaatverandering leidt tot extra opwarming. Een bekend voorbeeld van zo’n feedbackproces is het smeltende zee-ijs. Zee-ijs is licht van kleur en reflecteert het zonlicht en dus ook de warmte van de zon. Maar als het smelt, komt de onderliggende, donkere oceaan bloot te liggen die de warmte van de zon juist absorbeert, waardoor het gebied nóg sneller opwarmt. En ook de algen in het zee-ijs die CO2 opnemen en een klimaatkoelend gas produceren, kunnen zo’n feedbackproces op gang brengen als het zee-ijs en daarmee ook de algen wegkwijnen. “De bedoeling is dat we dankzij deze poolexpeditie de marge tussen de voorspelde temperaturen flink kunnen verkleinen. En ik verwacht wel dat dat gaat lukken.”

Met nauwkeurigere klimaatmodellen en -voorspellingen kunnen we ons beter voorbereiden op de gevolgen die klimaatverandering zal hebben. Maar bovenal hopen de onderzoekers natuurlijk dat betere voorspellingen aanzetten tot acties, gericht op het beschermen van ons klimaat en het afremmen van de opwarming, die in het Arctisch gebied al zo goed zichtbaar is. “Als we ons daar allemaal voor inzetten, dan heeft dat impact,” weet Stefels. Ze baseert zich op de ongeëvenaarde veranderingen die zich parallel aan de grootste poolexpeditie ooit wereldwijd voltrokken. Mensen bleven vanwege het coronavirus massaal thuis, waardoor de uitstoot van broeikasgassen – bijvoorbeeld geproduceerd door auto’s en vliegtuigen – enorm gereduceerd werd. Hoewel die kortdurende ommezwaai wat ons klimaat betreft geen zoden aan de dijk zette, kan deze ons wellicht inspireren om ook in de toekomst andere, weloverwogen keuzes te maken en zo ons klimaat te sparen. “En wie weet levert die coronatoestand dan toch nog iets goeds op.”