La atmósfera del Ártico central está contaminada con polvo fino de Siberia y América del Norte. Este fue el resultado de una evaluación preliminar de las primeras mediciones lidar realizadas por el Instituto Leibniz de Investigación Troposférica (TROPOS) durante la expedición MOSAiC de un año a bordo del RV Polarstern. Por primera vez, se utilizó un lidar de longitud de onda múltiple durante la noche polar en el Ártico central, que puede medir partículas de polvo a altitudes de hasta 14 kilómetros con pulsos de láser desde el suelo.

Los primeros datos muestran varias capas de polvo de fuentes humanas e incendios forestales en altitudes de 5, 6 y 12 kilómetros. Los datos son una indicación de que la atmósfera superior de la región alrededor del Polo Norte está más contaminada en invierno de lo que se suponía anteriormente. En los próximos meses, la expedición internacional MOSAiC dirigida por el Instituto Alfred Wegener, el Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI), proporcionará datos sobre el cambio climático en el Ártico central, para el cual casi no se dispone de mediciones debido a las condiciones extremas de la noche polar.

El 4 de octubre el buque de investigación Polarstern alcanzó el témpano de hielo a 85 ° Norte y 137 ° Este con el que el rompehielos y una extensa red de medición en el hielo pretenden navegar a la deriva a través del Ártico central en el Polo Norte durante un año. Con el inicio oficial de la expedición MOSAiC, el contenedor OCEANET a bordo de Polarstern también comenzó su trabajo. "Junto con los contenedores de nuestros socios estadounidenses y suizos, nuestro contenedor se encuentra en la cubierta de proa de RV Polarstern. Pude poner en funcionamiento nuestro láser inmediatamente después del final del trabajo de carga. El objetivo es medir las partículas suspendidas en la atmósfera sobre el barco durante todo el día durante un año, "informa el Dr. Ronny Engelmann de TROPOS, quien está a cargo de las mediciones a bordo durante el primer tramo del viaje hasta que sea reemplazado en diciembre de 2019.

La investigación atmosférica está abriendo nuevos caminos:"El funcionamiento de nuestro sistema de detección remota basado en láser PollyXT en el Ártico central es único hasta la fecha. Nunca antes se había estudiado la atmósfera en esta remota región con un lidar de longitud de onda múltiple que funciona con luz de diferentes longitudes de onda desde el ultravioleta al infrarrojo. Solo con esta combinación es posible determinar diferentes partículas en suspensión que pueden originarse de diversas fuentes como incendios forestales, ceniza volcánica, contaminación antropogénica del aire o de la superficie del mar, "explica el Dr. Albert Ansmann, jefe del grupo de teledetección terrestre en TROPOS.

Durante más de 20 años, TROPOS ha estado desarrollando y operando dispositivos lidar para investigar las propiedades de las partículas en suspensión, conocidos como aerosoles. Estos dispositivos escanean la atmósfera sobre el suelo como un radar de luz con luz láser y, por lo tanto, se denominan lidars. Dependiendo de la superficie y forma de las partículas, la luz láser se refleja de forma diferente. Si no solo se miden el tiempo de tránsito y la cantidad de luz reflejada, sino también su polarización, entonces se pueden sacar conclusiones sobre las propiedades de las partículas. El equipo de RV Polarstern utiliza la última generación del sistema lidar móvil PollyXT, que emite pulsos de láser de ultravioleta (355 nanómetros de longitud de onda), luz verde (longitud de onda de 532 nanómetros) e infrarroja (longitud de onda de 1064 nanómetros). Se recibe en 13 canales y, por lo tanto, cubre un amplio espectro de luz hasta el rango de infrarrojos.

Dado que las capas de aire a nivel del suelo en el Ártico son particularmente importantes para la investigación atmosférica, estaba equipado con un canal de campo cercano para recopilar datos desde 50 m sobre el barco hasta altitudes de 35 km. Además, mide con dos campos de visión para detectar mejor la dispersión de la luz en las nubes. Esta tecnología de campo de visión dual, desarrollado por TROPOS junto con la Academia Nacional de Ciencias de Bielorrusia, permite determinar el tamaño y la cantidad de gotas de nubes, un parámetro importante para los modelos climáticos. En todo el mundo existen actualmente solo dos dispositivos de este tipo. "El otro dispositivo está ubicado en nuestro contenedor LACROS en Punta Arenas, Chile, donde estamos estudiando la atmósfera cerca de la Antártida en el extremo sur de América del Sur junto con la Universidad de Magallanes (UMAG) y la Universidad de Leipzig en la campaña de medición DACAPO-PESO. Debido a la estructura idéntica, los datos de ambas regiones polares se pueden comparar fácilmente. Esperamos los resultados "dice Ansmann.

MOSAiC utiliza una gran cantidad de instrumentos de medición de última generación que se complementan entre sí y juntos deben proporcionar una imagen del clima actual en la región alrededor del Polo Norte lo más completa posible. "El sistema basado en láser Polly-XT ofrece una vista sin precedentes de la distribución vertical y temporal de las partículas de aerosol en el Ártico bajo un cielo despejado. Ya en la mañana del 5 de octubre, se aclaró y ofreció al láser una vista sin obstáculos de la atmósfera. Las observaciones arrojaron resultados sorprendentes:la atmósfera en el sitio remoto a unos 1000 kilómetros al norte de Siberia estaba muy contaminada con partículas suspendidas desde el suelo hasta una altura de 12 kilómetros. Esta contaminación no puede provenir de fuentes locales, pero solo puede llegar a latitudes elevadas a través del transporte de larga distancia, "informa el Dr. Holger Baars, quien contribuye a la evaluación de datos en TROPOS en Leipzig.

Para limitar las fuentes de contaminación del aire en el Ártico, Se evaluaron simulaciones de modelos meteorológicos y se rastreó el origen del aire durante 10 días. "Con la ayuda de las llamadas trayectorias hacia atrás, podemos determinar de dónde proviene el aire medido sobre el barco. Se demostró que las masas de aire del sur de Rusia atravesaron el sur de Siberia en el borde de los desiertos de Asia central a través de Kamchatka hacia el este antes de llegar al Ártico a través de Alaska. Esto coincide con el aerosol de los incendios forestales, contaminación industrial y polvo del desierto que vemos en los datos lidar. Y se ajusta a la tesis de que en el invierno polar el Ártico actúa como un gran vórtice que 'absorbe' la contaminación del aire de gran parte del hemisferio norte. "explica Martin Radenz de TROPOS, quien creó la simulación de masa de aire.

Casi ninguna otra región del mundo se ha calentado tanto como el Ártico en las últimas décadas. Desde 2016, El Transregio 172 "Arctic Climate Change" de la German Research Foundation (DFG) bajo la dirección de la Universidad de Leipzig ha estado investigando el papel de las nubes y los procesos asociados en la atmósfera ártica. Hubo fuertes diferencias en la formación de hielo en las nubes dependiendo de si las nubes llegan al suelo o no. De hecho, Las mediciones lidar de TROPOS durante la campaña de prueba MOSAiC PASCAL en el verano de 2017 mostraron la formación de hielo a temperaturas sorprendentemente cálidas.

"El hecho de que encontremos las nubes de hielo más cálidas en el Ártico parece inicialmente paradójico, pero tal vez pueda explicarse por una interacción única de temperatura, humedad y aerosoles de origen biológico, "dice el profesor Andreas Macke, Director de TROPOS y científico jefe de la expedición PASCAL. Las cuestiones de la formación de nubes son el foco de las investigaciones actuales para descubrir cómo las partículas nucleantes de hielo (INP) influyen en la formación de nubes en el Ártico y cómo estas, a su vez, influyen en el calentamiento observado.

MOSAiC significa "Observatorio multidisciplinario a la deriva para el estudio del clima ártico". MOSAiC también incluye alrededor de dos docenas de investigadores de Leipzig. Tanto el Instituto Leibniz de Investigaciones Troposféricas (TROPOS) como la Universidad de Leipzig están de camino en el Ártico con elaborados instrumentos. La expedición MOSAiC dirigida por el Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI), está asociado con desafíos sin precedentes.

MOSAiC tiene un presupuesto de alrededor de 140 millones de euros. En el transcurso del año, aproximadamente 300 científicos de 20 países estarán a bordo. Juntos, quieren explorar todo el sistema climático en el Ártico central por primera vez. Recopilarán datos en las cinco subáreas de la atmósfera, hielo marino, Oceano, ecosistema y biogeoquímica para comprender las interacciones que dan forma al clima ártico y la vida en el océano Ártico.