Sveriges behov av forskningsisbrytare Sammanställning utförd av Michael Axelsson2, Anna Wåhlin1, Katarina Abrahamsson1, Karen Assmann1, , Leif Eriksson3, Per Holmlund4, Fabien Roquet5 1. Göteborgs Universitet, Institutionen för marina vetenskaper 2. Göteborgs Universitet, Institutionen för biologi och miljövetenskap 3. Chalmers Tekniska Högskola, Institutionen för Rymd- och Geovetenskap 4. Stockholms Universitet, Institutionen för naturgeografi 5. Stockholms Universitet, Institutionen för Meteorologi 1. Sammanfattning Sverige har historiskt varit mycket framgångsrikt inom Antarktisforskningen, ända sedan Otto Nordenskjöld´s expeditioner. Under perioder har den svenska Antarktisforskningen främst varit fokuserad på terrester forskning som utfördes från baserna Svea och Vasa. Den svenska marina forskningen var innan Oden-expeditionerna, då Oden hyrdes in av NSF, relativt liten och drevs i internationella samarbeten där forskare fick tillgång till infrastruktur för denna typ av forskning. Odenexpeditionerna ledde till ett uppsving för den marina Antarktisforskningen och idag finns det ett antal aktiva forskningsgrupper även inom marin Antarktisforskning. Svensk marin Antarktisforskning håller hög internationell standard och studerar frågor som har hög prioritet internationellt. För att upprätthålla forskningen finns idag ett behov av logistikstöd för Antarktisexpeditioner både för den isbrytarbaserade forskningen men även för landbaserad forskning. Det svenska behovet av forskningsisbrytare i Antarktis bedöms vara mellan 20 och 40 dagar per år, dvs en expedition (ca 60 dagar) vart annat till vart tredje år. Ett problem i dag är driften av befintlig isbrytare. Det finns i Arktis samarbetspartners som möjliggör gemensamma expeditioner och en delad kostnad, och ifall den svenska Antarktisforskningen skall fortsätta vara framgångsrik krävs det liknande samarbeten. Om samutnyttjande med Sjöfartsverket för kommersiell isbrytning skall ske så är det av största vikt att avtalet medger att isbrytaren frigörs för forskning under vart annat till vart tredje år under vinterperioden. 2. Historiskt perspektiv Svensk Antarktisforskning fick ett uppsving i och med den antarktiska expeditionen 1987/1988 och bygget av de två svenska stationerna Vasa och Svea. Stationerna placerades nära Maudheimbasen som användes under den norsk-brittisk-svenska Antarktisexpeditionen 1949-52, man kunde dra nytta av den tyska infrastrukturen som byggts upp kring Neumayerbasen och – det fanns vetenskapliga frågeställningar som intresserade det svenska forskarsamhället. Inledningsvis handlade det om isens massbalans samt historisk geologi. Under 1990-talet övergick fokus till arbeten i inlandet som utfördes med bandvagnstraverser som utgick från Wasa. Frågeställningarna berörde geofysik och massbalans. Genom internationella grenverk kunde Sverige skapa en framskjuten roll inom Antarktisforskningen. Sverige var aktiva inom International Trans Antarctic Scientific Expeditions (ITASE), inom Global Change in Antarctica (GLOCHANT) och inom European Program for Ice Coring in Antarctica (EPICA). Med hjälp av traversprogrammet kunde vi bidra till förundersökningarna till platsvalet för EPICA borrningen vid Kohnenstationen i början av 2000-talet. Den sista stora svenska insatsen i området var den svensk-japanska IPY-expeditionen JASE som förenade den svenska Wasastationen med den japanska Syowastationen med en 300 mil lång travers via djupborrplatserna vid Kohnen och Dome F. Forskningsintressena var denna gång fysiska och kemiska analyser av snö, aerosolstudier, geofysiska undersökningar av strukturer i isen samt bottnens beskaffenhet. Marin Antarktisforskning Med start 2006 hyrdes Oden in av National Science Foundation för att bryta is till deras station 1 McMurdo svenska forskargrupper kunde följa med och driva olika typer av projekt. Samarbetet pågick under 5 år och var till en början endast baserat på 'underway' forskning, dvs sådan forskning som kan göras med minimal avvikelse av den snabbaste rutten, men utvecklades till att bli expeditioner med fullskaliga mätprogram ombord. Totalt 20 projekt ledda av en svensk forkare bereddes då plats ombord. Oden-avtalet mellan Sverige och USA ledde också till att Svenska forskargrupper erbjöds forskningstid på McMurdo-stationen vilket möjliggjorde projekt som inte var möjliga att genomföra ombord på Oden. Efter Oden-expeditionerna har Sverige fortsatt med en stark marin forskning med logistikstöd främst från utlandet t.ex. USA, Tyskland och Sydkorea. Bilaga 1 visar ett urval av den vetenskapliga produktionen från dessa forskargrupper, uppdelat i artiklar baserade på Oden-forskning samt forskning med stöd från andra länders logistikorganisationer. 3. Vilken typ av forskning kan genomföras från en isbrytare? Traditionell marin forskning, dvs där man stannar isbrytaren och utför undersökningar av vattenkolumnen eller isen i ett område genom att mäta in situ samt insamla prover av vatten eller is är fortfarande vanlig. Numera fungerar de större forskningsfartygen även i allt större grad som ett moderskepp för mindre farkoster, både luftburna och undervattensplattformar. Helikopter tar forskarna till landområden för att utföra landbaserad forskning, drönare arbetar med insamling av diverse fjärranalys-data samt väderballonger används för observationer från luften. Det finns en växande arsenal av undervattensplattformar såsom AUV (Autonomous Underwater Vehicle), d.v.s. obemannade autonoma farkoster som utrustas med diverse sensorer och arbetar under förprogrammerade uppdrag utan kontakt med moderfartyget), ROV (Remotely Operated Vehicles, d.v.s. robotar som utför mätningar under vattnet och fjärrsturs via en kabel från moderskeppet), gliders (mindre, halvautonoma AUV:er som styrs av kommandon från satellit då de kommer upp i ytläge), samt hel- eller halvautonoma fasta mätriggar är utrustning som svenska forskare har tillgång till eller kommer att ha tillgång till inom snar framtid (tex den Wallenberg-finansierade AUVn som kommer att vara grund till en nationell infrastruktur för undervattensrobotik: https://www.wallenberg.com/kaw/svartillgangliga-havsomraden-kan-studerasgenom-ny-satsning-pa-infrastruktur samt en Wallenberg Academy Fellow med fokus på gliders: http://www.wallenbergacademyfellows.se/en/List-of-scientists/Sebastiaan-Swart/). 4. Forskningsfrågorna: Samhällets viktigaste framtida forskningsfrågor i Antarktis har nyligen identifierats genom en världsomspännande Horizon Scan som genomfördes av SCAR (Scientific Committee for Antarctic Research; http://www.scar.org/horizonscan). Sex breda områden identifierades i detta arbete (Kennicutt et al, 2014), och forskningsorganisationer runt om i världen (nationella såväl som internationella) formulerar nu sina forskningsstrategier så att de skall prioritera frågor inom dessa 6 områden: (i) Definiera den globala räckvidden av Södra Ishavet samt Antarktis atmosfär. Förändringar i Antarktis atmosfär och hav påverkar vår planets energibudget, temperaturgradienter, luftkemi samt cirkulation och de underliggande processerna är allt för dåligt kända för att kunna förutsäga hur atmosfär, hav och kryosfär påverkar klimat, ozonlager, spridning av ämnen och den globala kolcykeln. (ii) Förstå hur, var och varför inlandsisen förlorar massa. Antarktis inlandsis innehåller färskvatten motsvarande 60 m global vattenståndshöjning. Istäcket har varit stabilt i flera tusen år men har nu börjat förlora massa i en ökande takt. Vad kontrollerar denna takt och hur påverkas vattenståndet av avmältningen? Finns det 'tipping points' i atmosfärens koldioxidhalt bortom vilket istäcket kollapsar och inducerar en snabb vattenståndshöjning? Hur påverkas isen av processer vid istäckets (dåligt karterade) botten? Antarktis stora under-is-sjöarna har knappt blivit studerade alls och deras effekt på isflödet är okänt. 2 (iii) Antarktis historia. Glimtar av förtiden har erhållits genom insamlade stenprover från kustnära områden och dessa pekar på att Antarktis såg mycket annorlunda ut då världen var varmare. Prover från inlandet och omgivande hav är dock ytterst begränsade. Effekter av vulkanism och värme från jordens inre på inlandsisen är i stort sett ett outforskat område och vi känner till ytterst lite om Antarktis jordskorpa, mantel och hur den påverkat bildning och uppbrytning av superkontinenter. iv) Hur livet har utvecklats och överlevt på Antarktis. Antarktiska ekosystem var länge ansedda som unga, primitiva, artfattiga och isolerade. Under det senaste decenniet har en ny bild trätt fram som visar på en hög diversitet hos vissa arter, t.ex. polychaeter (marina maskar) och crustaceader (isopoder och amfipoder) och en förbindelse mellan inlands-, kust- och marina arter. Molekylbaserade studier pekar på att antarktiska nematoder, kvalster, olika flugarter och sötvattenkräftdjur överlevde tidigare istider och skulle vara bland de äldsta livsformerna på jorden (http://atlas.biodiversity.aq/). v) Observationer av rymden och universum. Den kalla, torra och stabila atmosfären över Antarktis skapar ideala förhållanden för att observera rymden. Subglacialasjöar har miljöer som liknar de på Jupiters och Saturnus istäckta månar och meteoriter på kontinenten kan avslöja hur solsystemet bildades och ge ledtrådar till astrobiologiska området. vi) Identifiera och mitigera mänsklig påverkan. För en långsiktigt hållbar styrning av Antarktis krävs att man kan förutse mänsklig aktivitet och dess påverkan samt skilja på naturliga och antropogent inducerade förändringar. Hur effektivt är nuvarande regelverk för åtkomst till kontinenten? Hur påverkas människor och sjukdomar av den antarktiska miljön? Vad är nuvarande och potentialen hos de antarktiska ekosystemtjänsterna och hur kan dessa bäst bevaras? 5. Samhällets perspektiv: Ur samhällets perspektiv är de stora frågorna det framtida globala klimatet, vattenståndet i havet, och den Antarktiska kontinenten har en stor roll i dessa globala förändringar som givetvis också påverkar det svenska samhället. Genom att bidra till dessa forskningsfrågor så kan Sverige bidra för att förstå och kanske lösa dessa globala utmaningar. 6. Vad står svenska forskare redo att göra? Svensk Antarktisforsknings stora styrka är att den är bred. Detta bäddar för att nya tvärdisciplinära projekt där unga forskare kan hitta en plats i landskapet. Det finns ett femtiotal aktiva forskare på svenska universitet som för närvarande bedriver Antarktisforskning, inom alla de av SCAR prioriterade områdena. Uppsvinget efter Odenexpeditionerna visar på ett behov av logistikstöd i form av en isbrytarplattform som dels direkt kan fungera som forskningsplattform men som också via samarbeten kan öppna för Svenska forskares tillgång till andra nationers forskningsinfrastruktur. Nya stora satsningar på modern infrastruktur särskilt lämpad för marin forskning i Antarktis (AUV, UAVs, ROV, gliders, säl-taggning) har gjorts och görs just nu i Sverige. Ett tiotal stora projekt finansierade av forskningsråd, stiftelser och universitet pågår för närvarande och det finns potential att öka antalet projekt speciellt med tanke på den nya infrastrukturen. Den nisch som Oden har tagit och som visat sig vara mycket eftertraktad internationellt är sjöklassningen och isbrytarkapaciteten. Som exempel på vad svenska forskare står redo att göra om en tung isbrytare görs tillgänglig för Antarktisforskning ges nedan fyra exempel på expeditioner som kan fyllas med stor vetenskaplig bredd samt är högintressant för forskare i de länder som anges. (i) Vinterexpedition till Antarktis Det finns i stort sett inga vinterdata från havet runt Antarktis och allt mer pekar på att vintern är en tiden på året som är högintressant för fysiska, kemiska och biologiska processer. Figuren nedan visar en sexårig tidsserie från en av de kanaler som leder varmt vatten in mot glaciärerna i Västantarktis, 3 och vi kan där se en tydlig årstidscykel med varmast vatten under vintern. Hittills har väldig få expeditioner besökt området under vintern. De data som finns tillgängliga är från dessa expeditioner och ett fåtal autonoma mätstationer som står och loggar temperaturen. Vi känner inte till någonting om de biogeokemiska kretsloppen under vintern eller hur biologin anpassar sig till vinterförhållanden. Ett exempel på vikten av processer under vintern uppdagades på expeditionen 2013 då man kunde visa att flödet av ozonnedbrytande bromerade föreningar bidrar med icke försumliga mängder av brom i troposfären på betydligt nordligare breddgrader. Blå rektanglar indikerar höst-vinter, då det normalt sett är en högre vattentemperatur vilket har stora konsekvenser för Västantarktis inlandsis. (ii) Havsisprojekt En unik nisch som Sverige kan fylla är att utföra undersökningar av tjock havsis. Normalt sett tenderar isbrytare att välja områden med tunnare is för att spara bränsle. Med en ny isbrytarkapacitet skulle Sverige kunna leda projekt där ett havsisområde studeras i detalj inklusive scanning av dess yta med hjälp av AUV från havet och drönare från luften, samt långa tidsserier med kemiska, biologiska och fysiska mätningar av isen och dess gränsskikt. Sådan kunskap är ovärderlig för bland annat fjärranalys via satellit. I dag är en stor begränsning av vad man kan mäta med fjärranalys given av bristen på valideringsdata. Istjocklek tex mäts endast i ett fåtal punkter och nästan uteslutande under sommartid. Det råder också stor brist på långa tidsserier av de kemiska, biologiska och fysiska processer som försiggår i havsis och dess gränsskikt. Länder som är intresserade av samarbete är alla länder som arbetar med fjärranalys av havsis inklusive organisationerna ESA och NASA, samt isforskare i USA, Storbrittannien, Tyskland, Norge, Belgien, Spanien. Bilderna visar ett isflak som scannats från havet med hjälp av AUV, från luften med drönare samt snötjockleken med hjälp av snösensor. Till höger syns bilder av AUV samt drönare. Från Williams et al, 2014 4 (iii) Marin arkeologi Nordenskjölds skepp Antarctic förliste i närheten av Pauletön (Antarktiska halvön) men inga ansträngningar har gjorts för att hitta och bärga vraket. Till detta projekt kan man antagligen intressera filantropiska finansiärer. Svenska forskare kan studera många tvärvetenskapliga frågeställningar knutna till vraket inom gränslanden mellan biologi, kulturvård, historia, kemi, geologi och fysik. Samtliga länder som är involverade i det multinationella nätverk som observerar Antarktiska halvön (inklusive USA, Storbritannien, Tyskland, Argentina, Chile, Norge) har intresse av en sådan expedition. Foto Okänd - Hvar 8 da (1901) 3:dje årg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10709200 (iv) Is-shelf projekt Målet med dessa studier är att använda en AUV med kapacitet att navigera in i de Västantarktiska isgrottorna och genomföra tidigare omöjliga mätningar under två nyckelglaciärer i Amundsenhavet, där de snabbast minskande glaciärerna finns. AUVn, kompletterad med fjärranalys via helikopter, kommer att genomföra den första kartläggningen av havsbotten, istjocklek, kemi, havsströmmar och biologi under Thwaites och Getz flytande glaciärer. Framgångar inom detta snabbt framväxande forskningsområde har historiskt begränsats av tillgång till avancerad infrastruktur (AUV), tillgång till tung isbrytare, samt av svårigheter att samla den internationella expertis från olika discipliner som är nödvändig. Just nu finns i Sverige en möjlighet att koordinera en komplett studie. Vi har tillgång till en AUV med kapacitet att utforska Antarktis isgrottor, vi har genom samarbetsavtal med Korea regelbunden tillgång till lättare isbrytare, och med en nationellt koordinerad tung isbrytarresurs kan projektet bli verklighet. Ledande forskare från Korea, USA, Norge, Storbritannien, och Frankrike deltar redan aktivt i projektet. Sketch över processer och observationer för is-shelf-projekt 5 7. Sveriges i ett internationellt perspektiv Landnivå: Sverige har LOI med Sydkorea (KOPRI) om att samarbeta i Amundsenhavet / Getz. Samt STINT Sweden-Korea research collaboration Projektnivå: USA-NSF Michael Axelsson, treårs projekt, The physiological and biochemical underpinnings of thermal tolerance in Antarctic notothenioid fishes. PI, Kristin M. O'Brien, Institute of Arctic Biology, University of Alaska Fairbanks Nya Zealand, Michael Axelsson, löpande via forskningssamarbete med University of Canterbury, Christchurch, New Zealand. AWI (Katarina Abrahamsson). UiB Elin Dareius / Anna Wåhlin (UGOT) Nationella forskarorganisationer SARNET (Swedish Antarctic Research Network), ett nystartad nätverk för svenska forskare intresserade av Antarktis Polarforum: Drivs av Polarforskningssekretariatet Internationella organisationer: SCAR - svenska representanter i de tre respektive SSG, deltar på möten samt för dialog genom Polarforum och SARnet SOOS www.soos.aq - Southern Ocean Observing System är ett internationellt initiativ initierat av SCAR och SCOR för att främja, samordna, standardisera och möjliggöra långa mätserier från Södra Ishavet. Anna Wåhlin (Göteborgs Universitet) är ordförande för organisationen. MEOP http://www.meop.net/ - MEOP ("Marine Mammals Exploring the Oceans Pole to Pole") för samman en stort antal nationella program för att producera en kvalitets-kontrollerad databas med oceanografiska data insamlade i polarområdena av instrumenterade däggdjur (tex sälar). Fabien Roquet (Stockholms Universitet) koordinerar de internationella aktiviteterna för att samla in, kalibrera och distribuera globalt en hydrografisk databas med profiler inhämtade av sälar. Dessa har visat sig vara mycket värdefulla i Antarktis framförallt i Amundsen, Bellingshausen, Weddell och Prydz-Bay områdena. 6 Bilaga 1: Exempel på artiklar som presenterar svensk forskning som utförts med isbrytarsupport eller inom ramen för det samarbetsavtal som slöts i samband med att Oden hyrdes av NSF Artiklar publicerade från forskning utförd på isbrytaren Oden http://tinyurl.com/hou4bpk Artiklar publicerade från forskning utförd på andra länders isbrytare Roquet F., Williams G., Hindell M. A., Harcourt R., McMahon C. R., Guinet C., Charrassin J.-B., Reverdin G., Boehme L., Lovell P. and Fedak M. A., 2014. A Southern Indian Ocean database of hydrographic profiles obtained with instrumented elephant seals. Nature Scientific Data, 1:140028, doi: 10.1038/sdata.2014.28 Citations: 6 Kitade, Y., Shimada, K., Tamura, T., Williams, G. D., Aoki, S., Fukamachi, Y., Roquet F., Hindell, M., Ushio, S., and Ohshima, K. I., 2014. Antarctic Bottom Water production from the Vincennes Bay Polynya, East Antarctica. Geophysical Research Letters. 41, 2014GL059971. doi: 10.1002/2014GL059971 Citations: 3 Roquet F., Wunsch C., Forget G., Heimbach P., Guinet C., Reverdin G., Charrassin J.-B., Bailleul F., Costa D. P., Huckstadt L. A., Goetz K. T., Kovacs K. M., Lydersen C., Biuw M., Nøst O. A., Bornemann H., Ploetz, J., Bester M. N., Mcintyre T., Muelbert M. C., Hindell M. A., McMahon C. R., Williams G., Harcourt R., Field I. C., Chafik L., Nicholls K. W., Boehme L., and Fedak M. A., 2013. Estimates of the Southern Ocean General Circulation Improved by Animal-Borne Instruments. Geoph. Res. Letts., 40:1-5. doi: 10.1002/2013GL058304 Citations: 16 Ohshima K. I., Fukamachi Y., Williams G. D., Nihashi S., Roquet F., Kitade Y., Tamura T., Hirano D., Herraiz-Borreguero L., Field I., Hindell M., Aoki S., and Wakatsuchi M., 2013. Antarctic Bottom Water production by intense sea-ice formation in the Cape Darnley Polynia. Nature Geoscience. 6:235-240. doi: 10.1038/ngeo1738 Citations: 41 Wåhlin, A., O. Kalén, L. Arneborg, G. Björk, G. Carvajal, H. K. Ha, T. W. Kim , S. H. Lee, J. H. Lee, C. Stranne, 2013. The effect of wind forcing on the flow of warm deep water in a submarine trough on the Central Amundsen Shelf. Journal of Physical Oceanography, 43, 2054 - 2070. Citations: 14 Carvajal, G, Wåhlin, A., Eriksson, L. and Ulander, L. 2013. Correlation between Synthetic Aperture Radar surface winds and deep water velocity in the Amundsen Sea, Antarctica. Remote Sensing, 5 (8), 4088-4106. Citations: 1 Ha, H. K., Wåhlin, A., T. W. Kim, S. H. Lee, J. H. Lee, H. J. Lee, C. S. Hong, L. Arneborg, G. Björk & O. Kalén, 2014. Circulation and Modification of Warm Deep Water on the Central Amundsen Shelf. Journal of Physical Oceanography, 44, 1493 - 1501. DOI: 10.1175/JPO-D13-0240.1 Citations: 11 7 La, C. S., Ha, H. K., Kang, C. Y., Wåhlin, A. K. and H. C. Shin, 2014. Seasonal variation of ADCP backscatters in the Amundsen Sea continental shelf, Antarctica. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 152, 124-133. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecss.2014.11.020 Citations: 1 Miles, T., Lee, S. H., Wåhlin, A., Ha, H. K., Kim, T. W., Assmann, K. and Schofiled, O. 2015. Glider observations of the Dotson Ice Shelf outflow. Deep Sea Research part II, 123, 16 - 29. doi:10.1016/j.dsr2.2015.08.008 Wåhlin, A. K., Kalén, O., Assmann, K., Darelius, E., Ha, H. K. and Lee, S. H., 2016. Subinertial oscillations on the central Amundsen Shelf Journal of Physical Oceanography, in press. Kalén, O., Assmann, K. and A. Wåhlin, 2015. Is the oceanic heat flux on the central Amundsen Sea shelf caused by barotropic or baroclinic currents? Deep Sea Research part II, 123, 7 - 15. J.-B. Sallée, M. P. Meredith, M. Mazloff, L. Newman, A. Wåhlin, M. J. M. Williams, A. C. Naveira Garabato, S. Swart, P. Monteiro, M. M. Mata, and S. Schmidtko, 2016: Southern Ocean [in “State of the Climate in 2015”]. Bull. Amer. Meteor. Soc., in press. Artiklar publicerade från forskning utförd på McMurdo stationen Carney Almroth B., Asker N., Wassmur B., Rosengren M., Jutfelt F., Gräns A., Sundell K., Axelsson M. and Sturve. (2015). Warmer water temperature results in oxidative damage in an Antarctic fish, the bald notothen. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. accepted, in press. IF= 2,5 Gräns A., Rosengren M., Jutfelt F., and Axelsson M. Optimal hematocrit concept, a study of the effects of autologous blood doping in the Antarctic fish Pagothenia borchgrevinkii. Manuscript Holmer, L.E. 2012. Heta fossil från kyliga breddgrader: tidigkambriska stamgruppsbilaterier från Antarktis [Hot fossils from a cold land: Early Cambrian stem group bilaterians from Antarctica]. Svensk polarforskning Årsbok http://polar.se/wp-content/uploads/arsbok_2012.pdf Bassett-Butt, L. 2015. The Cambrian lophotrochozoans of the Transantarctic Mountains, Antarctica. http://uu.diva-portal.org/smash/get/diva2:809352/FULLTEXT02.pdf Bassett-Butt, L. 2016. Systematics, biostratigraphy and biogeography of brachiopods and other fossils from the middle Cambrian Nelson Limestone, Antarctica, GFF, DOI: 10.1080/11035897.2015.1094510.[In press] Bassett-Butt, L. & Skovsted, C. 2016. Discovery of the youngest known tommotiid from the middle Cambrian (Drumian) Nelson Limestone of Antarctica. Bulletin of Geosciences (in press). 8
© Copyright 2024