Forskere skal for første gang på 20 år igjen benytte lydsignaler til å kartlegge havtemperaturen på tvers av hele Polhavet. Kystvaktskipet KV Svalbard legger i dag ut på tokt fra Longyearbyen med 18 forskere fra ni institusjoner. 

Toktleder Hanne Sagen og skipssjef Geir-Martin Leinebø med den akustiske kilden ombord på KV Svalbard i Longyearbyen ved starten av det fire uker lange CAATEX toktet. Foto: Håvard Sagen.

Skipssjef Geir-Martin Leinebø er positiv til at Kystvakten avgir KV Svalbard for dette forskningsoppdraget. Forskerne skal samarbeide om å samle inn miljødata om atmosfæren, havisen, og havet under isen i Arktis. Målingene foretas med direkte målinger fra skipet, droner, avanserte drivende bøyesystemer og kilometer lange vertikale oseanografiske rigger som skal stå ute det neste året. Forskningsleder Dr. Hanne Sagen ved Nansensenteret er leder av det internasjonale Coordinated Arctic Acoustic Thermometry Experiment (CAATEX) felteksperimentet som skal foregå i det indre av Polhavet nord for Svalbard – i Nansen- og Amundsen-bassengene. De første resultatene får vi i løpet av de neste fire ukene, men endelig data vil først være tilgjengelig når instrumentene blir tatt opp igjen om ett år – i 2020.   

Kartfigur: Sjøisutbredelsen i Arktis pr. 12. august 2019, basert på AMSER2 data fra Universitet i Bremen. Optimal plassering av de akustiske CAATEX riggene - de fire som skal plasseres ut av KV Svalbard i Nansen-og Amundsen-bassengene og de tre Amerikanske/Canadiske riggene som skal USCGC Healy i Beauforthavet. Kilde: caatex.nersc.no.Miljø- og klimaendringer

Satellittdata og andre observasjoner rapporter jevnlig om store endringer i isdekket i Arktis, men vi vet lite om hva som har skjedd eller skjer i havet under sjøisen. I det pågående felteksperimentet er det et spesielt fokus på miljøtilstanden i det 100–200 meter dype laget med ferskt og kaldt vann som skiller sjøisen fra det underliggende varmere og saltere Atlanterhavsvannet. De store observerte klimaendringene i Arktis kan gjøre at det kalde overflatevannlaget viskes helt eller delvis ut, og dermed at havisen kommer i direkte kontakt med varmere vannmasser. Dette vil ytterligere påvirke smeltingen av havisen. Dagens klimamodeller er ikke i stand til å forutsi de hurtige reduksjoner av havisen som rapporteres i satellittobservasjonerne. Ny kunnskap om de underliggende prosessene vil derfor kunne bidra til å forbedre havis-modellene og dermed også bedre klima-prediksjonene for Polhavet. 

I CAATEX skal Nansensenteret, sammen med norske og internasjonale samarbeidspartnere, observere havtemperaturen og annen miljøinformasjon i Polhavet på lokal til stor skala. Fra KV Svalbard skal Senteret settes ut fire oseanografiske rigger vertikalt i vannsøylen med rund 50 sensorer på hver. Dersom isforholdene i år tillater det vil en optimal plassering være som vist på Kartfiguren. Flere alternative utplasseringsmønstre er planlagt om dette viser seg på ikke være gjennomførbart. Amerikanske og Canadiske forskere skal i september ut med USCGC Healy på et tilsvarende tokt i den «andre siden» av Polhavet - i Beauforthavet - for å sette ut tre rigger med tilsvarende instrumentering. 

Bilde: Forberedelser og testing av CAATEX instrumentering i hangaren på flyplassen i Longyearbyen.

Utstyrtskrevende felteksperiment

Instrumenteringen og riggene til CAATEX har vært forberedt det siste året. Fem kontainere med utstyr har blitt fraktet til Longyearbyen, hvor forskere fra Nansensenteret, Scripps Institution of Oceanography and Woods Hole Oceanographic Institutioni de siste ukene har gjort instrumentene klar for utsetting (se Bilde). Hver av riggene er rundt fire kilometer lange, og forankres med tunge ankre, og holdes i oppreist med et stort antall stabiliserende oppdriftskuler. Riggene som settes ut i år er til sammen utstyrt med nær 400 sensorer og skal hentes opp igjen om et år for å få tilgang til de innsamlede havmiljødataene. 

Kystvaktens KV Svalbard er en effektiv plattform for å gjennomføre CAATEX. Skipssjef Geir-Martin Leinebø er positiv til at Kystvakten avgir KV Svalbard for dette prosjektet.  - Det utvilsomt innenfor kystvaktens oppgaver å bistå andre etater til å løse oppdrag på havet. Kystvakten er nasjonens multiverktøy og det er svært tilfredsstillende å kunne bistå Nansensenteret i slike samfunnsnyttige oppdrag. Isbryter egenskapene vil bringe forskere langt inn i pakkisen. God plass på dekk og i hangeren ombord er nødvendig for effektiv håndtering av store mengder med instrumenter som skal settes ut på riggene og benyttes på isen. Både forskerne og KV Svalbard sitt mannskap har god og lang erfaring for operasjoner i isdekte områder. Det er tiende gangen Nansensenteret samarbeider med og benytter seg av KV Svalbard til forskningstokt i Polhavet.

Bilde: Florian Geyer (NERSC) sjekker styringsmodulen for for de akustiske kildene og mottakerne. I bakgrunnen diskuterer Nico Llanos (WHOI), Peter Worcester (SIO) and James Ryder kilden levert av Geo-spectrum (til høyre nærmest døren).Vanntemperaturen påvirker lydens hastighet

To av riggene er utstyrt med lavfrekvente lydkilder som skal sende signaler til hverandre hver tredje dag i ett år. Disse lydsignalene vil også registreres på de fire andre installasjoneene med lyttende hydrofoner. Nøyaktige klokker måler hvor lang tid det tar før lydsignalet fra kildene registreres på mottaker installasjonene. Midlere lydhastighet beregnes, som forskerne igjen benytter til å beregne den midlere temperaturen i havvannet mellom kildene og hvert par av mottakerne. Riggene skal plasseres tvers over det Arktiske basseng og havtemperaturen vil dermed kunne beregnes mellom lydkildene og alle de andre riggene med hydrofoner. Lydsignalene skal også mottas av bøyer som driver med isen. Disse drivende bøyene vil dekke et større område av polarbassenget. Det er første gang en slik skanning av havtemperaturen i Polhavet blir gjort. På denne måten vil forskerne kunne beregne middeltemperaturen og dens endringer på tvers av det Arktiske basseng annenhver dag i de neste tolv månedene. 

I 1994 og 1999 ble det gjort tilsvarende akustiske målinger av temperaturen langs ett strekk fra nord for Svalbard til Beauforthavet. Disse målingene viste en økning i midlere-havtemperatur på nesten 1 grad C i perioden fra 1994 til 1999.  I forbindelse med starten av CAATEX-2019 toktet uttaler toktleder Hanne Sagen: - Jeg har store forventninger til at nå igjen for første gang vil gjenta denne type akustiske målinger og få et kvantitativt svar på om og hvor mye varmere havet under polarisen har blitt i løpet av de siste 20 årene.

Ikke bare lyd og temperatur

Fra KV Svalbard skal det også settes ut avanserte bøyer som vil drive med isen og instrumenter som måler vertikale profiler av temperatur og saltholdighet i opptil 1000 meter nedover i vannmassene under havisen. Andre bøyer vil måle temperaturen i selve isen og i vannet rett under isen. Bøyene vil operere på egenhånd under hele felteksperimentet og vil sende data i sanntid tilbake til forskerne. Bøyene vil bli tatt opp igjen av KV Svalbard mot slutten av toktet. 

I forbindelse med toktet vil det også foretas målinger av sjøisparametere. Som del av ismålingene vil det Europeiske Copernicus programmet levere daglig satellittdata, blant annet fra Sentinel-satellittene, via den norske istjenesten til Meteorologisk Institutt. NORCE i Tromsø vi bruke droner og isradar til å samle inn informasjon om sjøisen på lokal skala rundt KV Svalbard. I tillegg skal det taes kjerneprøver av isen hvor Norsk Polarinstitutt vil delta. Disse dataene vil bli brukt til å validere og forbedre tolkningen av satellittbilder for eksempel til å skille mellom ny og gammel is, som er en utfordring spesielt i perioden med smelting på overflaten. Dette har stor betydning for navigasjon av skip i isdekkede områder siden gammel is er vanskeligere å bryte opp enn den lettere førsteårsisen. Samtidig med is-stasjonene vil Universitetet i Bergen undersøke lysforholdene og ta vannprøver under isen. Lysforholdene under isen er viktig for livet under og i isen samtidig som alger påvirker lysforholdene under isen. 

Internasjonalt og nasjonalt samarbeid

CAATEX er et samarbeidsprosjekt mellom Nansensenteret, Norsk Polarinstitutt, Scripps Institution of Oceanography, Woods Hole Oceanographic Institution, og Universitetet i Texas-Austin. Den norske deltakelsen er finansiert av Norges Forskningsråd. De amerikanske institusjonene er finansiert fra Office of Naval Research og er ansvarlig for utsetting av riggene i Det kanadiske basseng. De har også levert alle de lavfrekvente akustiske lydkildene. Nansensenteret er ansvarlig for riggene, bøyene og feltarbeidet i Nansen og Amundsen bassengene. I tillegg deltar og/eller bidrar Universitetet i Bergen, NORCE, NTNU, Norges Meteorologisk Institutt,Institute of Oceanology - Polish Academy of Sciences (IOPAS) Polen, samt de indiske National Institute of Ocean Technology og National Centre for Polar and Ocean Research til CAATEX feltprogrammet. 

CAATEX er koordinert med og et norsk bidrag til det Europeiske Horizon2020 prosjektet INTAROS - Integrated Arctic Observation System, spesielt når det kommer til datahåndtering og tilgjengelighet av data fra Polhavet. CAATEX samarbeider også med det internasjonale felteksperimentet MOSAiC- The Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic når det kommer til koordinering av observasjoner og feltaktivitet i og omkring forskningsisbryteren Polarstern.