Le « Polarstern » et l’expédition MOSAiC

L’expédition MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) n’a pas fait l’objet d’éditions spéciales dans les médias. C’est pourtant la plus importante jamais mise sur pied dans l’Arctique. Le 20 septembre 2019, le Polarstern – étoile polaire – navire amiral de l’Institut Alfred Wegener a levé l’ancre dans le port de Tromsø en Norvège, pour rejoindre le cœur de l’Océan Arctique et y faire des mesures scientifiques. La mission implique 600 chercheurs de dix-sept pays. Une fois sur place, le Polarstern s’est laissé emprisonner par les glaces et s’est laissé dériver vers le sud.

Le navire est parfaitement adapté à ce type d’expédition. C’est l’un des navires de recherche polaire doté des équipements les plus performants au monde. Le Polarstern est capable d’être opérationnel dans la banquise pendant l’hiver arctique grâce à sa coque en acier à double paroi et à 20000 chevaux. Il est capable de briser une glace de 1,50 mètre d’épaisseur et affronter une glace encore plus épaisse en progressant tel un bélier. Il peut supporter des températures jusqu’à -50°C. A côté des 50 membres de l’équipage, une cinquantaine de scientifiques effectue, dans le cadre de l’expédition MOSAiC, des recherches sur 5 principaux domaines d’intérêt (atmosphère, océan, glace de mer, écosystème, biogéochimie). De plus, le Polarstern dispose de divers véhicules (hélicoptères, motoneiges, etc.) à son bord, permettant aux chercheurs de prendre des mesures et de recueillir des données qui sont régulièrement enregistrées, sauvegardées et transmises grâce à un système informatique de pointe.

Selon son directeur, le but de l’expédition MOSAiC est de « mieux comprendre le système climatique arctique […] Se laisser piéger volontairement par les glaces est le seul moyen de […] faire des mesures pendant une année entière. »

L’équipe scientifique est renouvelée tous les deux mois ; les successeurs, acheminés par des brise-glace russes, chinois et suédois, assurent également une partie du ravitaillement.

Dès le début de la mission, les scientifiques ont profité des quelques heures de lumière quotidienne pour installer des laboratoires de recherche autonomes. Ces installations dérivent vers le sud, en même temps que le Polarstern, grâce au courant océanique transpolaire.

Cette expédition, inédite par son ampleur, est prévue depuis 2011. À l’époque, il est apparu aux chercheurs qu’il serait impossible de prédire l’évolution de la situation en Arctique sans faire des mesures précises toute l’année. Les scientifiques étudient la formation et la fonte de la banquise, la circulation de la chaleur dans l’océan, les dynamiques de l’écosystème marin, la relation complexe entre les nuages et l’atmosphère.

Par manque de données, les prévisions du GIEC sur l’Arctique sont très imprécises. Or, le pôle Nord se réchauffe quatre fois plus vite que la moyenne mondiale et ce qui s’y passe a une influence déterminante sur le climat mondial.

En septembre 2020, libéré des glaces, le Polarstern retournera en Allemagne et retrouvera Bremerhaven, son port d’attache.

Source : MOSAiC.

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The Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) expedition has not been the subject of special media editions. It is, however, the largest ever organised in the Arctic. On September 20th, 2019, the Polarstern – polar star – flagship of the Alfred Wegener Institute weighed anchor in the port of Tromsø (Norway), to reach the heart of the Arctic Ocean and to make scientific measurements there. The mission involves 600 researchers from seventeen countries. Once there, the Polarstern got caught in the ice and drifted south.
The ship is perfectly suited to this type of expedition. It is one of the most efficient polar research vessels in the world. The Polarstern is capable of being operational in ice during the Arctic winter thanks to its double-walled steel hull and 20,000 horsepower. She is capable of breaking 1.50 meter thick ice and overcoming thicker ice by ramming. She can withstand temperatures down to -50°C. Alongside the 50 crew members, around fifty scientists are carrying out research on 5 main areas of interest (atmosphere, ocean, sea ice, ecosystem, biogeochemistry) as part of the MOSAiC expedition. In addition, the Polarstern has various vehicles (helicopters, snowmobiles, etc.) on board, allowing researchers to take measurements and collect data that is regularly recorded, saved and transmitted using an advanced computer system.
According to its leader, the goal of the MOSAiC expedition is to « better understand the Arctic climate system […] Being voluntarily trapped by the ice is the only way to […] measure for a whole year.  »
The scientific team is renewed every two months; successors, routed by Russian, Chinese and Swedish icebreakers, also provide part of the supply.
From the start of the mission, the scientists took advantage of the few hours of daily light to set up autonomous research laboratories. These installations drift south, at the same time as the Polarstern, thanks to the oceanic transpolar current.
This expedition, unprecedented in size, has been planned since 2011. At the time, it appeared to researchers that it would be impossible to predict the evolution of the situation in the Arctic without making precise measurements all year round. Scientists are studying the formation and melting of the icefield, the circulation of heat in the ocean, the dynamics of the marine ecosystem, the complex relationship between clouds and the atmosphere.
Due to a lack of data, the IPCC forecast for the Arctic is very imprecise. However, the North Pole is warming four times faster than the world average and what is happening there has a decisive influence on the global climate.
In September 2020, freed from the ice, the Polarstern will return to Germany and find Bremerhaven, her home port.
Source: MOSAiC.

Le Polarstern (Source: Alfred Wegener Institute)

La banquise arctique continue de fondre // The Arctic icefield keeps melting

drapeau-francaisLa surface occupée par la banquise dans l’Arctique le mois dernier est la plus faible jamais enregistrée en janvier depuis le début des observations satellitaires. Le gel de la banquise a été ralenti par des températures de l’air anormalement élevées sur l’Océan Arctique et une configuration atmosphérique du côté Atlantique qui a fait se déplacer le froid vers des latitudes plus méridionales.
Le National Snow and Ice Data Center dans le Colorado a indiqué que la banquise en janvier 2016 couvrait en moyenne une surface de 13.500.000 kilomètres carrés, soit environ 7,1% de moins que la moyenne pour la période 1981-2010 et environ 91.000 kilomètres carrés de moins que le record précédent pour un moins de janvier, établi en 2011.
La faible étendue de la banquise en janvier est directement liée à des conditions météorologiques inhabituelles dans le Grand Nord. C’est en partie le résultat d’une évolution négative de l’oscillation arctique, modèle climatique caractérisé par des vents qui circulent dans le sens antihoraire autour de l’Arctique à environ 55 ° de latitude nord; ce phénomène affaiblit la barrière atmosphérique entre les latitudes polaires et les latitudes moyennes, avec une contribution possible du puissant système El Nino qui affecte la côte Pacifique.
En janvier, la banquise était particulièrement peu étendue en Mer de Barents, Mer de Kara et dans la Mer du Groenland Est dans la partie atlantique de l’Arctique, mais également dans la Mer de Béring et la Mer d’Okhotsk.

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drapeau anglaisSea ice extent over the Arctic last month was the lowest for any January in the satellite record, with freeze-up slowed by unusually high air temperatures over the Arctic Ocean and an atmospheric pattern in the Atlantic side that moved cold weather to more southern latitudes.
The National Snow and Ice Data Center in Colorado reported that sea ice extent averaged 13,500,000 square kilometres in January 2016, about 7.1 % below the 1981-2010 average and about 91,000 square kilometres lower than the previous record January low, which was set in 2011.
The low ice extent was tied directly to unusual weather in the far north. That was partly the result of a negative turn in the Arctic Oscillation, a climate pattern characterized by winds circulating counterclockwise around the Arctic at around 55°N latitude; this weakened the atmospheric barrier between the polar latitudes and the mid-latitudes, with possible contributions from the powerful El Nino system that is affecting the Pacific coast.
January ice extent was particularly low in the Barents Sea, Kara Sea and the East Greenland Sea on the Atlantic side of the Arctic, but also low in the Bering Sea and Sea of Okhotsk.

Groenland-blog

Photo: C. Grandpey

Fonte de la glace en Arctique et en Antarctique // Ice melting in Arctic and Antarctica

drapeau francaisUne étude récente publiée dans Geophysical Research Letters confirme que l’Arctique s’est réchauffé et a vu son taux d’humidité croître depuis le début du 21ème siècle, tendance qui devrait se poursuivre dans les années à venir.
Les données fournies par la NASA montrent que la température moyenne de surface dans l’ensemble de l’Océan Arctique a augmenté en moyenne de 0,16 ° C par an de 2003 à 2013, tandis que la température de l’air a augmenté de 0,09 ° C par an au cours de la même période. Cependant, les changements ne sont pas répartis uniformément. Par exemple on a observé une forte augmentation au cours de la période allant de novembre à avril, au cours de laquelle la température globale de surface de l’Arctique a augmenté de 2,5 ° C et la température de l’air a augmenté de 1,5 ° C de 2003 à 2013.
Les données de la NASA ont également montré que le flux d’humidité – le transit de la vapeur d’eau entre l’océan et l’air – a augmenté presque tous les mois, mais la croissance la plus spectaculaire a été observée au cours des mois pendant lesquels l’eau était le moins recouverte de glace.
Cette étude est la première à faire le point sur les changements dans l’Arctique en utilisant les données fournies par le nouveau système AIRS de météo surveillance la NASA à bord du satellite Aqua envoyé dans l’espace en 2002. La superficie de la banquise arctique diminue depuis les premiers relevés satellitaires effectués en 1979. Le taux de réduction de la surface occupée par la glace en septembre (le mois avec le moins de glace de mer) a été de 13,3% jusqu’en 2014. Depuis le lancement du satellite Aqua équipé du système AIRS en 2002, la réduction de la glace a été spectaculaire, avec un niveau record atteint en 2012.
L’étude révèle qu’à l’échelle de l’Arctique, le début de la fonte de la glace a avancé de 6,2 jours de 2003 à 2013 et tandis que la formation de la banquise a été retardée de 11,2 jours durant cette même période. Il faut toutefois remarquer que les changements dans la répartition de la chaleur et du flux d’humidité, de même que dans le gel et le dégel de la glace de mer, sont variables et ne sont pas répartis uniformément dans tout l’Arctique.
Se référant aux tendances des données fournies par le système AIRS, les scientifiques pensent que l’Arctique va se réchauffer et devenir plus humide à l’avenir. On devrait assister à l’apparition d’un « nouveau climat arctique » dominé par des processus gérés par de vastes zones libres de glace pendant la majeure partie de l’année, avec un allongement de la période de fonte de la glace.

De l’autre côté de la Terre, en Antarctique, région particulièrement stable jusqu’à maintenant, la glace a commencé à fondre de manière spectaculaire et à un rythme rapide
L’analyse des données satellitaires montre que la couche de glace qui recouvre le sud de la péninsule antarctique avec ses nombreux glaciers, et qui était stable de 2000 à 2009, a commencé à fondre rapidement depuis cette date. Les glaciers, qui s’étirent le long de 750 km de côtes, déversent 60 kilomètres cubes de glace dans l’océan chaque année.
Dans une étude publiée dans le numéro de mai de la revue Science, un scientifique de l’Université de Bristol écrit que, dans quelques années, « la dynamique de la région sera totalement modifiée.» Les instruments de télédétection du satellite CryoSat 2 révèlent que la surface de certains glaciers perd en épaisseur près de quatre mètres chaque année. Cette perte de la glace est si importante qu’elle est également à l’origine des changements dans le champ gravitationnel de la Terre détectés par les satellites GRACE (Gravity Recovery et Climat Experiment).
La disparition rapide des glaciers n’est pas provoquée par une réduction des chutes de neige annuelles ou par des températures de l’air plus élevées. Elle est causée par l’amincissement des plateformes littorales de glace. Lorsque ces plateformes sont épaisses, elles ralentissent ou arrêtent la progression des glaciers et les empêchent de glisser dans la mer. Mais si ces plateformes deviennent moins épaisses, elles ne peuvent plus retenir l’énorme masse de glace et les glaciers accélèrent leur avancée vers l’océan. Ce mécanisme a déjà permis à des glaciers d’autres régions de l’Antarctique d’accélérer leur progression vers la mer.
Dans l’ensemble, les plateformes de glace qui bordent la partie sud de la péninsule antarctique ont perdu près d’un cinquième de leur épaisseur depuis le début des années 1990. Les scientifiques pensent que la cause probable est un changement de direction des vents dans l’Océan Austral, suite au changement climatique. Avec ce changement, les vents poussent l’eau plus chaude vers les plateformes de glace, ce qui les fait fondre par dessous.
En raison de cette fonte de la glace, en quelques années le sud de la péninsule de l’Antarctique est devenu le deuxième contributeur à l’élévation du niveau de la mer dans l’Antarctique et pourrait jouer un rôle encore plus important dans un proche avenir. Comme l’a fait remarquer un chercheur : « Une fois que la perte de glace dynamique a été initiée, il est difficile de l’arrêter. »
Source: Scientific American.

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drapeau anglaisA new study published in Geophysical Research Letters confirms that the Arctic has become warmer and wetter since the beginning of the 21st century, a self-reinforcing trend likely to continue.

Data from NASA shows that average surface temperatures across the Arctic Ocean increased an average of 0.16°C per year from 2003 to 2013, and air temperatures rose 0.09°C annually over the same period. However, the changes weren’t evenly distributed. They were dominated by large increases in the November-to-April period, during which Arctic-wide surface temperatures rose 2.5°C and air temperatures rose 1.5°C from 2003 to 2013.

The NASA data also showed that moisture flux – the transport of water vapour from the ocean to the air – increased in nearly all the months, but grew most dramatically during months of maximum open water.

The study is the first to summarize changes in the Arctic using data from NASA’s new AIRS weather-monitoring system attached to the agency’s Aqua satellite that was launched into space in 2002. Arctic sea-ice extent has diminished since satellite records began in 1979. In that period, the rate of ice-extent decline in September (the month of minimum sea ice) was 13.3% through 2014. Since the 2002 launch of the AIRS-equipped Aqua satellite, ice changes have been dramatic; the record low was hit in 2012.

The study found that Arctic-wide, the onset of melt advanced by 6.2 days from 2003 to 2013 and the annual refreeze was delayed by 11.2 days. However, the changes in the patterns of heat and levels of moisture flux, like the changes in sea-ice melt and freeze, are variable and not uniform throughout the Arctic.

Based on trends seen in the AIRS data, scientists expect the Arctic to become warmer and wetter in the future, changing to a ‘New Arctic’ climate, one that is dominated by processes affected by large ice-free areas for the majority of the year as the melt season lengthens.

On the other side of the Earth, in the once-stable region of Antarctica, ice is suddenly melting, and at a fast rate

Analysis of satellite data shows that although the massive ice sheet on the southern Antarctic Peninsula, made up of multiple glaciers, was stable from 2000 to 2009, since then it has begun to melt rapidly. The glaciers, stretching along 750 kilometres of coastline, are shedding 60 cubic kilometres of ice into the ocean each year.

In a study published in the May issue of Science, a scientist at the University of Bristol writes that in just a few years the dynamics of the region “completely shifted. » The surface of some of the glaciers is dropping by as much as four metres each year, as measured by remote-sensing instruments on the CryoSat 2 satellite. The ice loss is so great it is also causing changes in Earth’s gravitational field, which have been detected by GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellites.

The glaciers’ quick disappearance is not caused by a reduction in annual snowfall or by warmer air temperatures. It is caused by thinning ice shelves. When the shelves are thick, they slow or even stop the glaciers they are connected to from sliding into the sea. But if the shelves thin too much they can no longer hold back the enormous ice mass on land, and the glaciers accelerate their march into the ocean. This mechanism already has allowed glaciers in other regions of Antarctica to speed up their progress toward the sea.

Overall, the ice shelves along the southern Antarctic Peninsula have lost almost one fifth of their thickness since the early 1990s. Scientists say the likely cause is a change in winds across the Southern Ocean, a result of climate change. The shifting winds are pushing warmer water toward the ice shelves, melting them from below.

Because of this melting, in a few years the southern Antarctic Peninsula has become the second largest contributor to sea level rise in Antarctica and could become an even bigger player in the near future. As one scientist put it, “once dynamic ice loss has been initiated, it is hard to stop.”

Source: Scientific American.

Photos:  C.  Grandpey