Ny teknologi skal lette klimaforskningen

Et lite gult teknisk vidunder ligger og gynger i vannskorpen. Den ser bokstavlig talt ut som en "Yellow submarine". Sammen med annen ny teknologi skal den gi klimaforskerne ny kunnskap om havbunnen i Antarktis.

Publisert

Engelske og norske forskere har kommet til Sognefjorden for å prøve ut ubåten. I to dager har den gått under vann, 18 centimeter fra havbunnen, fram og tilbake i fjorden.

Neste år skal den til Antarktis der forskere fra Bjerknessenteret for klimaforskning og UiB samarbeider med engelskmennene om utforskning av havstrømmene.

Her skal ubåten brukes til å kartlegge havet under en av isbremmene i Antarktis - altså under isbreer som flyter på havet. I 2005 mistet engelskmennene en tilsvarende ubåt, som aldri kom opp igjen fra dykket under isen i Antarktis.

- Et meget dyrt feiltrinn. Derfor øver vi i Sognefjorden, som har perfekte forhold på mer enn 1300 meters dyp. Her kan vi leke og lære til teknikken sitter som den skal, sier forsker Nick Milliard som leder det engelske forskerteamet fra Marine Research Institute.

Ny teknologi skal gi klimaforskningen et løft

Antarktis spiller en sentral rolle i klimasystemet, men på grunn av utilgjengelighet og det faktum at det er svært kostbart å gjennomføre undersøkelser er det langt mellom målingene.

Den teknologiske utviklingen åpner nå for nye muligheter til å overvåke og registrere klimaparametere i havet og utforske områder som tidligere har vært utilgjengelig for målinger.

Den ubemannede ubåten kan gå opp til fem dager under vann og registrerer de dataene forskerne måtte ønske; temperatur, strøm, saltinnhold, oksygen og mye mer. Den kan gi et akustisk lydbilde av havbunnen, men kan også utstyres med kamera.

"Keith Nicholls (t.v.) fra Marine Research Institute i England og Svein Østerhus (t.h.) monterer norskproduserte måleinstrumenter på en signalkabel. Instrumentene blir senket gjennom 1000 meter tjukk is til havvatnet under isbremmen. Instrumentene måler havstrømmen, temperatur og saltforhold under den flytende isbremmen. Målingene blir sendt gjennom signalkabelen til overflata og videre via satellitt til forskerne i England og Norge. Foto: Privat."
"Keith Nicholls (t.v.) fra Marine Research Institute i England og Svein Østerhus (t.h.) monterer norskproduserte måleinstrumenter på en signalkabel. Instrumentene blir senket gjennom 1000 meter tjukk is til havvatnet under isbremmen. Instrumentene måler havstrømmen, temperatur og saltforhold under den flytende isbremmen. Målingene blir sendt gjennom signalkabelen til overflata og videre via satellitt til forskerne i England og Norge. Foto: Privat."

I forskningsprogrammet BIAC (Bipolar Atlantic Thermohaline Circulation) skal dyptvannsdannelse både i Antarktis og Arktis studeres og data knyttes sammen fra de to polene.

Mesteparten av det kalde og tunge vannet som fyller opp 80 prosent av verdenshavene blir dannet i det bipolare Atlanterhavet. Aller tyngst blir vannet som blir dannet på kontinentalsokkelen i Arktis og Antarktis.

- I BIAC skal vi studere prosesser som fører til dannelsen av dette kalde vannet og kartlegge områder hvor den er mest effektiv både i nord og ved sørpolen, samt studere effekten på den bipolare atlantiske thermohaline sirkulasjonen, forteller klimaforsker Svein Østerhus ved Bjerknessenteret.

- Det er dette systemet som også driver Golfstrømmen, som gir oss et behagelig klima. Videre så skal vi studere sammenhenger mellom dyptvannsdannelse, CO2-opptak i havet og naturlige og menneskeskapte klimaendringer.

Hull på 1000 meter

Fram til nå har man gjennomført målinger i Antarktis ved å borre hull i isen. Problemet er at det er svært tidkrevende og dyrt. Dessuten får man bare dekket et lite område av det ufattelig store landområdet på vel 14 millioner km², hvorav cirka 10 prosent er isbremmer.

Disse består av mellom 100 og 2000 meter tykk is, og ferskvann fra smelting på undersiden av isbremmene er svært viktig for havsirku­lasjonen og isdekket rundt Antarktis.

- Det største hullet jeg har vært med på å bore var 20-25 centimeter i diameter gjennom 1000 meter tjukk is, sier Østerhus som har syv sesonger bak seg i Antarktis, sier Østerhus.

- Deretter blir en kabel med måleinstrumenter for temperatur, saltinnhold, strømmåler og lignende sluppet igjennom hullet og ned til havbunnen. Typisk levetid for en slik kabel er fem år, da er batteriet tømt.

- Problemet er at det snør mye og isen flytter på seg så det er vanskelig å finne dem igjen. Vi får derfor veldig korte tidsserier, og det er kostbart å borre nye hull, fremholder Østerhus.

Hva skal til for å borre et slikt hull?

- For å borre dette hullet trengte vi 100 tønner à 180 liter drivstoff. Altså, måtte vi frakte 18.000 liter drivstoff, pluss alt utstyret, først med båt, det ble så satt på isen med kran og deretter fraktet med småfly opp på isbremmen.

- Det tok oss to uker å rigge opp alt utstyret og vel fem døgn på å borre hullet og da borret vi 24 timer i døgnet. Et enkelt målepunkt koster med andre ord millioner av kroner.

IPY-krafttak

Et viktig mål med det internasjonale polaråret (IPY) er å få etablert måleserier som kommende generasjoner polar- og klimaforskere kan nyttegjøre seg av.

Nye måleinstrumenter tar ofte år å utvikle og er kostbare, noe som legger en kraftig demper på mulighetene til å utvikle nye målemetoder. Derfor betyr det mye at IPY spytter i med ekstra 25 prosent til polarforskning.

"Temperaturen inne i isbremmen er - 25 grader eller kaldere og havvatnet som kommer i kontakt med isen blir derfor kjølt ned til frysepunktet. På grunn av trykket er denne temperaturen lavere enn frysepunktemperaturen på overflaten (-1.9 grader). Der hvor isen er 1000 meter tjukk er det målt -2.6 grader i havvatnet uten at vannet fryser til is. Kilde: Svein Østerhus."
"Temperaturen inne i isbremmen er - 25 grader eller kaldere og havvatnet som kommer i kontakt med isen blir derfor kjølt ned til frysepunktet. På grunn av trykket er denne temperaturen lavere enn frysepunktemperaturen på overflaten (-1.9 grader). Der hvor isen er 1000 meter tjukk er det målt -2.6 grader i havvatnet uten at vannet fryser til is. Kilde: Svein Østerhus."

Etablering av nye lange måleserier er svært viktig for å kunne evaluere og videreutvikle klimamodellene. For eksempel viser de fleste modellene i dag at den thermohaline sirkulasjon vil bli redusert, men vi har ikke målinger som understøtter dette.

Sentralt i BIAC-prosjektet, som er IPY-finansiert, er å utvikle og bygge robuste målestasjoner for langtidsovervåking. Disse kan brukes til overvåking av variasjoner i produksjonen av det kalde og tunge shelfvannet, samt måle transporten av dette vannet ned mot dyphavet.

- Det er først når vi får tidsserier som går over tiår at disse virkelig blir verdifulle for klimaforskere. Planen er å bygge to målestasjoner som skal settes ut på steder som vi vil identifisere som ekstra effektive i dannelsen av dyptvann, forklarer Østerhus.

- Vi regner med å plassere disse på havbunnen i det nordøstlige Barentshavet og i det sørlige Weddellhavet. Stasjonene skal kreve minst mulig vedlikehold og ha en batterikapasitet inntil 10 år.

- Dataene vil sendes via satellitt eller hentes ut av fartøy som har sin seilingsrute i nærheten. De nye målstasjonene unngår kollisjonsfare med fartøy eller å bli tatt av isfjell, fordi de vil være plassert på havbunnen.

- Vi skal også konstruere en ubemannet automatstasjon til overvåkning av isbremmen i Antarktis, forteller Østerhus entusiastisk.

- For å forhindre at utstyret snør ned skal det bygges slik at stasjonen kan jekkes opp automatisk slik at vi skal kunne komme tilbake og bytte batteri. Dermed kan levetiden forlenges fra fem til over 20 år. Vi vil få lengre tidsserier og klare oss med å borre færre hull.

- Kartlegger nye farvann

Mens styrken til målestasjoner er å få tidsserier som kan fortelle hvordan klimaparametere utvikler seg over tid, er styrken til en automatisert ubåt at den kan kartlegge store områder i løpet kort tid.

Ikke minst vil en slik ubåt kunne gi et godt bilde av “livet” under isbremmene i Antarktis.

- Den ubemannede ubåten er styrt av en datamaskin; før den slippes i havet har den blitt forhåndsprogrammert slik at den beveger seg der man ønsker. Den kan ha med seg alle tenkelige måleinstrumenter og kan ta vannprøver, sier Østerhus.

"De store havstrømmene kan skjematisk omtales som at varmt vann strømmer fra ekvator mot polene, undervegs blir de avkjølt. Det kalde og salte vannet ved Arktis presses nedover til havbunnen og mot sørlige breddegrader. Havstrømmen blir gradvis varmere jo lenger sør den kommer og avgir en nedkjølende effekt til omgivelsene. Her vil det varme vannet presse seg oppover til overflaten og på ny ta retning mot nord langs vannoverflaten. Kilde: Svein Østerhus."
"De store havstrømmene kan skjematisk omtales som at varmt vann strømmer fra ekvator mot polene, undervegs blir de avkjølt. Det kalde og salte vannet ved Arktis presses nedover til havbunnen og mot sørlige breddegrader. Havstrømmen blir gradvis varmere jo lenger sør den kommer og avgir en nedkjølende effekt til omgivelsene. Her vil det varme vannet presse seg oppover til overflaten og på ny ta retning mot nord langs vannoverflaten. Kilde: Svein Østerhus."

Moderne kommunikasjonsteknologi muliggjør også at man kan foreta justeringer underveis eller kommandere den til å komme opp. Den er også utstyrt med en sensor slik at den ikke kolliderer med hindringer som måtte komme i veien. Ubåten vil da svinge unna for så å søke seg tilbake på rett kurs.

Hva forventer dere å finne under isbremmen?

- Dette er uutforsket farvann på størrelse med Nordsjøen. Her finnes verdens kaldeste vann, som er målt til minus 2.6 grader. Normalt fryser sjøvann til is ved minus 1.9 grader.

- Kaldt vann er mer kompakt og dermed tyngre. Vannet som dannes her er med andre ord tyngre enn noe annet sted i verden. Det tunge vannet synker ned til havbunnen og strømmer ned i dyphavet.

- Hvordan dette vannet påvirker den atlantiske havsirkulasjonen - som vår egen Golfstrøm er en del av - er et sentralt spørsmål i BIAC.

Den thermohaline sirkulasjon

Havstrømmene drives hovedsakelig av vind og den såkalte thermohaline sirkulasjonen. Den atlantiske thermohaline sirkulasjon har to hovedkomponenter; temperatur og saltinnhold.

- Dannelsen av det kalde vannet ved polene blir referert som selve motorene i klimasystemet. Men om det er kaldtvannsdannelse i nord eller varmen ved sørlige breddegrader - som tvinger denne strømmen av vann opp til overflaten - som er motoren, er det ulike meninger om. Når prosjektet er over om fire år så håper vi å ha mer og sikrere kunnskap om dette, konkluderer Østerhus.