Vanaf de ijsbreker – in feite een laboratorium dat een onbekende reis op de zeestromingen maakt – zal een jaar lang uniek poolonderzoek worden gedaan.

Een schip dat vast komt te zitten in het Arctisch zee-ijs: het is de nachtmerrie van elke kapitein. Behalve dan die van de ijsbreker Polarstern. Het onderzoeksschip vertrekt volgende maand naar de Noordpool met als doel: vastlopen in het Arctisch zee-ijs en zich weerloos mee laten voeren door de zeestromingen. Aan boord van de ijsbreker bevinden zich onderzoekers die vanaf dit drijvende laboratorium onder meer onderzoek doen naar klimaatverandering in het Noordpoolgebied, de gevolgen die het verdwijnen van het zee-ijs heeft, de atmosfeer en het lokale ecosysteem. Uiteindelijk moet de expeditie – die de naam Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAIC) draagt, resulteren in betere klimaat- en weersvoorspellingen.

Nederlandse inbreng
Bij toerbeurt zullen onderzoekers in het komende jaar over zee of door de lucht naar de Polarstern worden getransporteerd om daar gedurende enkele weken onderzoek te doen. Zo ook Jacqueline Stefels en Maria van Leeuwe, verbonden aan de Rijksuniversiteit van Groningen (RUG). Ze maken deel uit van een onderzoeksteam dat uit gaat zoeken of het verdwijnen van het zee-ijs een versterkend effect heeft op klimaatverandering.


Klimaatfeedback
Zee-ijs reflecteert zonlicht. Wanneer het verdwijnt, komen de onderliggende wateren bloot te liggen. Deze zijn veel donkerder van kleur en reflecteren geen zonlicht, maar absorberen het juist. Zo kan het verdwijnen van zee-ijs de lokale opwarming versterken. Het is een vrij bekend voorbeeld van zogenoemde klimaatfeedback: een gevolg van klimaatverandering dat klimaatverandering versterkt. Stefels en collega’s gaan echter onderzoek doen naar een mogelijke vorm van klimaatfeedback die veel minder bekend is. Wat maar weinig mensen weten, is dat zee-ijs – geholpen door algen – CO2 vastlegt en een klimaatkoelend gas – dimethylsulfide – produceert. 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. “Feitelijk doen we onderzoek naar de eencellige planten die in het zeeijs leven, zogenaamde micro-algen,” legt Maria van Leeuwe uit. “Zoals alle planten nemen ze CO2 op om te groeien. Daarbij wordt dus CO2 uit de omgeving vastgelegd in de alg, in het zeeijs. Er zijn veel verschillende soorten micro-algen (net zo goed als er verschillende soorten planten zijn). Een aantal van deze soorten is verantwoordelijk voor de productie van dimethylsulfide.”

Het onderzoek
Om te achterhalen of het verdwijnen van zee-ijs een versterkend effect op de klimaatverandering zal hebben, zullen zowel aan boord van de Polarstern als in het laboratorium op het land metingen worden gedaan. “Ten eerste meten we door wat de DMS-concentraties in het zee-ijs en het zeewater zijn. Dat doen we het hele jaar door. Zodoende krijgen we een goed overzicht hoe de concentraties veranderen door het jaar heen. Tegelijkertijd kijken we ook welke algen er in het ijs zijn en hopen zo meer inzicht te krijgen in de relatie tussen de aanwezigheid van algen en DMS. Daarnaast nemen we stukken ijs mee het lab in. In het lab kijken we dan hoe hard de zee-ijsalgen groeien, hoeveel CO2 ze daarbij opnemen en hoeveel DMS ze produceren per dag. Die experimenten doen we van februari tot oktober. Zo krijgen we inzicht in de variatie van CO2-opname en DMS-productie door het groei-seizoen heen.”

Het belang van een vastgelopen ijsbreker
Het is zonder meer een heel interessant en relevant onderzoek. Maar waarom is nu het vast laten lopen van een peperdure ijsbreker een vereiste? “Door ons ‘willoos’ mee te laten voeren, kunnen we een specifieke ijsmassa heel goed door de tijd heen bestuderen. Als we iedere keer een andere ijsschots zouden opzoeken, dan zouden we als het ware steeds opnieuw moeten beginnen met meten. Het is dus heel belangrijk om mee te drijven met hetzelfde ijs. Tegelijkertijd maakt deze benadering het mogelijk om ook midden in de winter te meten; het zee-ijs is in de winter heel moeilijk te bereiken, waardoor we dus over die periode een groot gat hebben in onze kennis. Ook in de winter gebeurt er van alles in het ijs wat van belang is voor het klimaat, zoals de uitstoot van CO2. Daarnaast weten we weinig over het vroege voorjaar. Ook dat is een belangrijke periode, omdat dan het licht terugkomt en al het plantaardig leven weer tot ontwikkeling komt. Deze periode is daardoor ook heel belangrijk voor de rol van zee-ijs als voedselbron voor het hele ecosysteem, van kril tot ijsbeer en walvis.”

Het kostenplaatje
Een jaar lang onderzoek doen vanaf een drijvend laboratorium op de Noordpool: dat is vanzelfsprekend niet goedkoop. De expeditie kost in totaal ruim 60 miljoen euro. Dat bedrag komt voor rekening van een internationaal consortium dat onder leiding staat van het Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI). Ook de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) is bij de expeditie betrokken: door er 870.000 euro in te stoppen, zijn ook drie Nederlandse onderzoeksprojecten verzekerd van een plek aan boord van de Polarstern. Naast Stefels en Van Leeuwe zal ook Fokje Schaafsma (Wageningen Marine Research) naar de Polarstern afreizen. Schaafsma gaat uitzoeken in hoeverre Arctisch kabeljauw en zijn prooidieren gedurende het jaar afhankelijk zijn van zee-ijs en welk effect het verdwijnen van het zee-ijs op deze organismen heeft. Daarnaast is ook Laurens Ganzeveld (Wageningen University) bij de expeditie betrokken. Hij reist niet af naar de Noordpool, maar gaat op basis van gegevens die daar verzameld worden onderzoek doen naar de uitwisseling van broeikasgassen en andere gassen die stofdeeltjes en wolken vormen, tussen de open oceaan, het zee-ijs en de atmosfeer en hoopt zo meer inzicht te krijgen in hoe de uitwisseling en concentraties van broeikasgassen en stofdeeltjes in het Arctisch gebied onder invloed van klimaatverandering verandert.

Risico’s
De onderzoekers hebben goede redenen om de ijsbreker Polarstern in het zee-ijs vast te laten lopen. Maar kan de ijsbreker dat eigenlijk wel hebben? Eenmaal ingesloten door het zee-ijs zal dat ijs een enorme druk op het schip uitoefenen. Van Leeuwe maakt zich echter geen zorgen. “De Polarstern is één van de sterkste schepen die voor onderzoek beschikbaar is. Het is een ijsbreker die gebouwd is om extreme omstandigheden te doorstaan. Daarnaast zijn er brandstof- en voedselvoorraden aanwezig om langere tijd in het ijs te kunnen verblijven mocht er iets misgaan met de motoren. De risico’s worden voor zo’n expeditie tot het minimum beperkt. Natuurlijk zou er eventueel iemand door het ijs kunnen zakken. Maar iedereen heeft speciale kleding aan op het ijs, dus als je in het water valt hou je het wel even vol. En je gaat nooit alleen op pad. Dus er zijn altijd mensen om je te helpen. Het grootste risico vormen de ijsberen, maar daartoe zijn allerhande maatregelen genomen. In het verleden is daar gelukkig nooit iets mis mee gegaan.”

Uitdagingen
Toch blijft het werken in zo’n extreme omgeving een uitdaging. “Met de opwarming van de aarde is het bevriezen van de Noordpool een onvoorspelbaar proces aan het worden. Het hele idee achter de expeditie is dat we een specifieke plek het hele jaar door volgen. Daarbij wordt heel veel apparatuur op het ijs geplaatst; feitelijk wordt er een klein dorp gebouwd. Als het ijs te zwak is, dan moeten alle plannen worden bijgesteld. En wat ons eigen werk betreft: dit is natuurlijk niet ons eerste veldwerk, en we zijn redelijk goed voorbereid op calamiteiten. Natuurlijk kunnen er dingen misgaan, maar daar vinden we hopelijk wel wat op.”

Stefels vertrekt in januari naar de ijsbreker Polarstern. Van Leeuwe neemt het laatste deel van de expeditie voor haar rekening (vertrek augustus). “We reizen met een Russische ijsbreker die er ongeveer twee weken over doet om bij de Polarstern aan te komen.” En vanaf dat moment is het hard werken in een onvergetelijke en onvergeeflijke omgeving. Maar het is alle moeite waard, zo stelt van Leeuwe. “De impact zal groot zijn. De hele expeditie is opgezet in samenwerking met klimaatmodelleurs. Er worden nu in korte tijd heel veel data verzameld over een heleboel verschillende processen. Al die data zullen direct worden ingezet om modellen te verbeteren. Dat kan ongekend nieuwe inzichten opleveren.”