A atmosfera do Ártico central está poluída com poeira fina da Sibéria e da América do Norte. Este foi o resultado de uma avaliação preliminar das primeiras medições lidar realizadas pelo Instituto Leibniz de Pesquisa Troposférica (TROPOS) durante a expedição MOSAiC de um ano a bordo do RV Polarstern. Pela primeira vez, um lidar com vários comprimentos de onda foi usado durante a noite polar no Ártico central, que pode medir partículas de poeira em altitudes de até 14 quilômetros com pulsos de laser do solo.

Os primeiros dados mostram várias camadas de poeira de fontes humanas e incêndios florestais em altitudes de 5, 6 e 12 quilômetros. Os dados são uma indicação de que a alta atmosfera da região em torno do Pólo Norte é mais poluída no inverno do que se supunha anteriormente. Nos próximos meses, a expedição internacional MOSAiC liderada pelo Instituto Alfred Wegener, o Centro Helmholtz para Pesquisa Polar e Marinha (AWI), fornecerá dados sobre as mudanças climáticas no Ártico central, para o qual quase nenhuma medição está disponível devido às condições extremas da noite polar.

Em 4 de outubro, o navio de pesquisa Polarstern alcançou o bloco de gelo a 85 ° Norte e 137 ° Leste com o qual o quebra-gelo e uma extensa rede de medição no gelo pretendem navegar pelo Ártico central no Pólo Norte por um ano. Com o início oficial da expedição MOSAiC, o contêiner OCEANET a bordo da Polarstern também iniciou seu trabalho. "Junto com os contêineres de nossos parceiros dos EUA e da Suíça, nosso contêiner está localizado no convés de proa de RV Polarstern. Consegui colocar nosso laser em operação imediatamente após o término do trabalho de carregamento. O objetivo é medir as partículas suspensas na atmosfera acima do navio o tempo todo durante um ano, "relata o Dr. Ronny Engelmann da TROPOS, que se encarrega das medições a bordo durante a primeira etapa da viagem até sua substituição em dezembro de 2019.

A pesquisa atmosférica está, portanto, abrindo novos caminhos:"A operação de nosso sistema de sensoriamento remoto baseado em laser PollyXT no Ártico central é única até hoje. Nunca antes a atmosfera nesta região remota foi estudada com um lidar de múltiplos comprimentos de onda que funciona com luz de diferentes comprimentos de onda do ultravioleta ao infravermelho. Somente com essa combinação é possível determinar diferentes partículas suspensas que podem se originar de várias fontes, como incêndios florestais, cinza vulcanica, poluição antropogênica do ar ou da superfície do mar, "explica o Dr. Albert Ansmann, chefe do grupo de sensoriamento remoto baseado em solo da TROPOS.

Por mais de 20 anos, A TROPOS tem desenvolvido e operado dispositivos lidar para investigar as propriedades de partículas suspensas, conhecido como aerossóis. Esses dispositivos varrem a atmosfera acima do solo como um radar de luz com luz laser e, portanto, são chamados de lidars. Dependendo da superfície e da forma das partículas, a luz do laser é refletida de forma diferente. Se não apenas o tempo de trânsito e a quantidade da luz refletida forem medidos, mas também sua polarização, então, conclusões podem ser tiradas sobre as propriedades das partículas. A equipe do RV Polarstern usa a última geração do sistema lidar móvel PollyXT, que emite pulsos de laser ultravioleta (comprimento de onda de 355 nanômetros), luz verde (comprimento de onda de 532 nanômetros) e luz infravermelha (comprimento de onda de 1064 nanômetros). É recebido em 13 canais e, portanto, cobre um amplo espectro de luz até a faixa do infravermelho.

Uma vez que as camadas de ar ao nível do solo no Ártico são particularmente importantes para a pesquisa atmosférica, foi equipado com um canal de campo próximo para coletar dados de 50m acima do navio a altitudes de 35 km. Além disso, mede com dois campos de visão para melhor detectar a dispersão da luz nas nuvens. Esta tecnologia de campo de visão duplo, desenvolvido pela TROPOS em conjunto com a Academia Nacional de Ciências da Bielo-Rússia, permite a determinação do tamanho e número de gotas de nuvem - um parâmetro importante para modelos climáticos. Em todo o mundo, existem atualmente apenas dois dispositivos deste tipo. “O outro dispositivo está localizado em nosso contêiner LACROS em Punta Arenas, Chile, onde estamos estudando a atmosfera perto da Antártica no extremo sul da América do Sul junto com a Universidade de Magalhães (UMAG) e a Universidade de Leipzig na campanha de medição DACAPO-PESO. Devido à estrutura idêntica, os dados de ambas as regiões polares podem ser facilmente comparados. Estamos ansiosos pelos resultados, "diz Ansmann.

O MOSAiC usa um grande número de instrumentos de medição de última geração que se complementam e, juntos, devem fornecer uma imagem do clima atual na região ao redor do Pólo Norte o mais completo possível. "O sistema baseado em laser Polly-XT fornece uma visão sem precedentes da distribuição vertical e temporal de partículas de aerossol no Ártico sob um céu sem nuvens. Já na manhã de 5 de outubro, ele clareou e ofereceu ao laser uma visão desobstruída da atmosfera. As observações produziram resultados surpreendentes:a atmosfera no local remoto cerca de 1000 quilômetros ao norte da Sibéria estava fortemente poluída com partículas suspensas do solo a uma altura de 12 quilômetros. Esta poluição não pode vir de fontes locais, mas só pode alcançar altas latitudes por meio de transporte de longa distância, "relata o Dr. Holger Baars, que contribui para a avaliação de dados na TROPOS em Leipzig.

A fim de limitar as fontes de poluição do ar no Ártico, simulações de modelos meteorológicos foram avaliadas e a origem do ar rastreada ao longo de 10 dias. "Com a ajuda das chamadas trajetórias para trás, podemos determinar de onde vem o ar medido acima do navio. Foi mostrado que as massas de ar do sul da Rússia passaram pelo sul da Sibéria na borda dos desertos da Ásia Central via Kamchatka para o leste antes de chegar ao Ártico via Alasca. Isso corresponde ao aerossol de incêndios florestais, poluição industrial e poeira do deserto que vemos nos dados lidar. E se encaixa na tese de que no inverno polar o Ártico atua como um grande vórtice 'sugando' a poluição do ar de grandes partes do hemisfério norte, "explica Martin Radenz da TROPOS, quem criou a simulação de massa de ar.

Quase nenhuma outra região da Terra se aqueceu tanto quanto o Ártico nas últimas décadas. Desde 2016, o Transregio 172 "Arctic Climate Change" da Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) sob a direção da Universidade de Leipzig tem investigado o papel das nuvens e os processos associados na atmosfera ártica. Havia fortes diferenças na formação de gelo nas nuvens dependendo se as nuvens atingiam o solo ou não. Na verdade, as medições do TROPOS lidar durante a campanha de teste MOSAiC PASCAL no verão de 2017 mostraram a formação de gelo em temperaturas surpreendentemente quentes.

"O fato de encontrarmos as nuvens de gelo mais quentes do Ártico parece inicialmente paradoxal, mas talvez possa ser explicado por uma interação única de temperatura, umidade e aerossol de origem biológica, "diz o Prof. Andreas Macke, Diretor da TROPOS e cientista-chefe da expedição PASCAL. Questões de formação de nuvens são o foco das investigações atuais a fim de descobrir como as partículas de nucleação de gelo (INPs) influenciam a formação de nuvens no Ártico e como estas, por sua vez, influenciam o aquecimento observado.

MOSAiC significa "Observatório Multidisciplinar de Deriva para o Estudo do Clima Ártico". O MOSAiC também inclui cerca de duas dezenas de pesquisadores de Leipzig. Tanto o Instituto Leibniz de Pesquisa Troposférica (TROPOS) quanto a Universidade de Leipzig estão a caminho do Ártico com instrumentos elaborados. A expedição MOSAiC liderada pelo Instituto Alfred Wegener, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI), está associado a desafios sem precedentes.

O MOSAiC tem um orçamento de cerca de 140 milhões de euros. No decorrer do ano, aproximadamente 300 cientistas de 20 países estarão a bordo. Juntos, eles querem explorar todo o sistema climático do Ártico Central pela primeira vez. Eles irão coletar dados nas cinco subáreas da atmosfera, gelo marinho, oceano, ecossistema e biogeoquímica para compreender as interações que moldam o clima do Ártico e a vida no Oceano Ártico.