Nowe loty badawcze kończą 20-letnią lukę w badaniach chmur Antarktydy

Chmury nad Antarktydą nie były badane za pomocą porównywalnych pomiarów aerozoli z pokładu samolotów od 20 lat, ponieważ poprzednie kampanie badawcze ograniczały się do regionów przybrzeżnych, pozostawiając rozległe wnętrze Płaskowyżu Antarktycznego bez obserwacji. Ta trwająca dwie dekady luka w danych utrudniła opracowanie dokładnych wskaźników AGI (Atmospheric Global Indicators) używanych do modelowania klimatu Ziemi. Niedawna kampania lotnicza SANAT ostatecznie wypełniła tę lukę, wykorzystując samolot badawczy Polar 6 do zebrania pierwszych wysokogórskich danych o aerozolach głęboko w wnętrzu kontynentu.

Dlaczego chmury nad Antarktydą nie były badane przez 20 lat?

Chmurom antarktycznym brakowało kompleksowych badań z powietrza przez dwie dekady przede wszystkim ze względu na ekstremalne trudności logistyczne związane z operowaniem samolotami w głębi lądu oraz historyczne skupienie nauki na dystrybucji aerozoli przybrzeżnych. Kampania SANAT, będąca wynikiem współpracy między Instytutem Alfreda Wegenera (AWI), TROPOS oraz Instytutem Chemii im. Maxa Plancka, stanowi pierwszą misję polegającą na rozmieszczeniu nowoczesnych czujników poza 80. równoleżnikiem południowym.

Wcześniejszy brak danych powodował znaczną niepewność w interpretacji AGI i innych parametrów klimatycznych. Według dr. Franka Stratmanna z Instytutu Badań Troposferycznych im. Leibniza (TROPOS), ostatnie porównywalne pomiary miały miejsce w zupełnie innej erze technologicznej. Lecąc głęboko w Płaskowyż Antarktyczny, zespół wyszedł poza „stronniczość przybrzeżną” ostatnich dziesięcioleci, aby zrozumieć, jak cząsteczki zachowują się nad potężnymi, wysokogórskimi lądolodami, które stanowią serce kontynentu.

Aby sprostać tym wyzwaniom, zespół badawczy wykorzystał Polar 6, wyspecjalizowane latające laboratorium. Samolot ten pozwala naukowcom badać regiony, które w przeciwnym razie są niedostępne, zapewniając pionowy i poziomy profil atmosfery. Pomiary te są niezbędne do zrozumienia przestrzennego rozmieszczenia antarktycznych aerozoli i gazów śladowych, które stanowią schemat formowania się chmur w najczystszym powietrzu na świecie.

Albedo Antarktydy a globalne ochłodzenie

Efekt albedo Antarktydy jest krytycznym regulatorem klimatu, w którym białe powierzchnie lodu i chmury odbijają do 80% docierającego promieniowania słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Proces ten zapobiega pochłanianiu nadmiernego ciepła przez regiony polarne, skutecznie działając jako główny radiator Ziemi. Każda zmiana częstotliwości występowania lub składu chmur bezpośrednio wpływa na zdolność planety do utrzymania stabilnej równowagi temperatur.

Chmury na Antarktydzie nie są jedynie pasywnymi elementami nieba; są aktywnymi uczestnikami bilansu promieniowania. W przeciwieństwie do chmur w regionach zanieczyszczonych, chmury antarktyczne formują się w środowisku o bardzo niskim stężeniu aerozoli. To czyni je nadwrażliwymi nawet na niewielkie wahania poziomów cząsteczek. Dr Zsófia Jurányi z Instytutu Alfreda Wegenera (AWI) podkreśla, że zrozumienie tych interakcji jest kluczowe dla udoskonalenia wskaźników AGI, których naukowcy używają do prognozowania przyszłych scenariuszy globalnego ocieplenia.

Kampania SANAT koncentrowała się na tym, jak chmury te oddziałują z atmosferą nad oceanami, szelfami lodowymi i płaskowyżem w głębi lądu. Mierząc zmiany właściwości na różnych wysokościach, zespół może lepiej przewidzieć, jak efekt albedo może się zmienić w miarę ocieplania się klimatu. Badania te są szczególnie aktualne, ponieważ Antarktyda stoi w obliczu bezprecedensowych zmian w strukturach lodowych, co mogłoby fundamentalnie zmienić jej zdolność odbijania światła.

Aerozole: Zarodki powstawania chmur

Aerozole służą jako fizyczne „zarodki” chmur, zapewniając niezbędne powierzchnie do skraplania pary wodnej w krople lub zamarzania w kryształki lodu. W nieskazitelnej atmosferze Antarktydy cząsteczki te obejmują sól morską, pył mineralny i sadzę transportowaną z odległych kontynentów. Bez tych jąder kondensacji chmur (CCN) lub jąder lodotwórczych (INP) chmury po prostu nie mogą powstać, niezależnie od poziomu wilgotności.

Zespół SANAT zastosował najnowocześniejszą technologię, aby uchwycić te nieuchwytne cząsteczki. Jednym z najbardziej innowacyjnych narzędzi był „T-Bird”, holowana sonda ciągnięta 60 metrów za samolotem Polar 6. Instrument ten działa niezależnie, gromadząc dane o częstotliwości występowania aerozoli i procesach transportu na małą skalę bez zakłóceń ze strony silników samolotu. Gwarantuje to, że skład chemiczny próbkowanego powietrza jest w 100% reprezentatywny dla środowiska naturalnego.

Wstępne wyniki lotów ze stycznia i lutego 2026 r. przyniosły już zaskakujące rezultaty. Prof. Stephan Borrmann z Instytutu Chemii im. Maxa Plancka (MPIC) zgłosił „nieoczekiwanie wysokie stężenie aerozoli” na płaskowyżu w głębi lądu. Odkrycie to podważa długo utrzymywane przekonanie, że głębokie wnętrze kontynentu jest niemal pozbawione cząsteczek, sugerując, że mechanizmy transportu atmosferycznego są bardziej wydajne w przemieszczaniu aerozoli w głąb lądu, niż wcześniej przypuszczano.

Jaki jest związek między zanikiem lodu morskiego a powstawaniem chmur?

Utrata lodu morskiego zmienia proces powstawania chmur poprzez odsłanianie otwartych wód oceanu, co zwiększa parowanie wilgoci i uwalnianie aerozoli morskich do atmosfery. W miarę jak lód morski ustępuje, przejście od odbijającej światło białej powierzchni do ciemnego, pochłaniającego ciepło oceanu tworzy pętlę sprzężenia zwrotnego, która zmienia sposób obliczania AGI. Zmiany te bezpośrednio wpływają na rodzaj i gęstość chmur formujących się nad Oceanem Południowym.

Redukcja lodu morskiego, który od 2016 roku osiąga rekordowo niskie poziomy, oznacza, że więcej aerozoli soli morskiej jest wyrzucanych w powietrze przez rozbijające się fale. Te naturalne cząsteczki są bardzo skutecznymi jądrami kondensacji. Kampania SANAT ma na celu oszacowanie ilościowe, jak ten napływ cząstek morskich wpływa na chmury o „fazie mieszanej”, powszechne na Antarktydzie – chmury zawierające zarówno płynną wodę, jak i kryształki lodu, które odgrywają główną rolę w lokalnych wzorcach pogodowych.

Ponadto interakcja między oceanem a atmosferą jest głównym czynnikiem napędzającym pogodę na Antarktydzie. Dzięki wykorzystaniu technologii lidaru i radaru w Stacji Neumayer III w połączeniu z danymi z lotów, naukowcy mogą śledzić, jak aerozole z otwartego morza są transportowane tysiące kilometrów w głąb lądu. Ten kompleksowy obraz jest niezbędny do ustalenia, czy zwiększone zachmurzenie wynikające z utraty lodu morskiego będzie miało efekt chłodzący (poprzez odbicie), czy ocieplający (poprzez zatrzymywanie ciepła).

Jak emisje pingwinów wpływają na antarktyczne chmury?

Obecnie nie ma dowodów naukowych na to, że emisje pingwinów bezpośrednio wpływają na powstawanie chmur antarktycznych na dużą skalę, ponieważ badania koncentrują się na morskich i atmosferycznych źródłach aerozoli. Choć pingwiny wytwarzają amoniak poprzez guano, co może przyczyniać się do powstawania lokalnych aerozoli na bazie azotu, te znaczniki biologiczne zazwyczaj nie są wystarczająco istotne, by wpływać na ogólne AGI lub formowanie się chmur nad rozległym Płaskowyżem Antarktycznym.

Kampania lotnicza SANAT koncentruje się konkretnie na naturalnych źródłach o większej skali, takich jak sól morska, pył wulkaniczny i antropogeniczne zanieczyszczenia dalekiego zasięgu. Choć wiadomo, że aktywność biologiczna w Oceanie Południowym – taka jak zakwity fitoplanktonu – uwalnia gazy, takie jak siarczek dimetylu (DMS), które stają się zarodkami chmur, wkład dzikiej przyrody lądowej, takiej jak pingwiny, pozostaje zjawiskiem lokalnym. Naukowcy są bardziej zaniepokojeni tym, jak globalne trendy przemysłowe AGI mogą powodować osadzanie się sadzy lub siarczanów na nieskazitelnym lodzie Antarktydy.

Uwaga badaczy z AWI i TROPOS pozostaje skupiona na „obserwatorium śladowym” w Stacji Neumayer III, gdzie od 2019 roku mierzą jądra lodotwórcze in situ. Te pomiary naziemne stanowią punkt odniesienia dla danych z lotów, zapewniając, że wszelkie wykryte aerozole są dokładnie klasyfikowane na podstawie ich sygnatury chemicznej, niezależnie od tego, czy pochodzą z oceanu, lądu czy działalności człowieka z innych półkul.

Przyszłe prognozy klimatyczne a kampania SANAT

Dane zebrane podczas misji SANAT zostaną wykorzystane do poprawy dokładności globalnych symulacji klimatycznych i prognoz pogody na nadchodzące dziesięciolecia. Integrując te unikalne pomiary z istniejącymi modelami, naukowcy mogą lepiej ocenić, jak atmosfera Antarktydy reaguje na globalne ocieplenie. Badania te są kamieniem węgielnym międzynarodowych wysiłków na rzecz zrozumienia „punktów krytycznych” polarnego systemu klimatycznego.

W nadchodzących miesiącach konsorcjum instytutów dokona oceny ogromnego zbioru danych zgromadzonych przez Polar 6. Obejmuje to zmienne meteorologiczne, takie jak ciśnienie powietrza, zawartość pary wodnej i temperatura, wraz z profilami chemicznymi przechwyconych aerozoli. Celem jest stworzenie bardziej solidnego zestawu AGI, który pozwoli przewidzieć, jak zmieni się zachmurzenie w miarę dalszego ocieplania się Oceanu Południowego i zmian we wzorcach lodu morskiego.

Kampania SANAT przygotowuje również grunt pod przyszłe misje. Ponieważ samoloty Polar 5 i Polar 6 służą od 2007 roku, Instytut Alfreda Wegenera nadal przesuwa granice lotnictwa polarnego. Loty te pozwalają „zajrzeć pod maskę” silnika klimatycznego Ziemi, oferując poziom szczegółowości, któremu teledetekcja satelitarna po prostu nie może dorównać. W dobie gwałtownych zmian klimatu ta 20-letnia aktualizacja naszej wiedzy o Antarktydzie jest nie tylko na czasie – jest niezbędna dla przetrwania globu.

• Lokalizacja: Płaskowyż Antarktyczny, 80. równoleżnik południowy.
• Kluczowe instytucje: Instytut Alfreda Wegenera (AWI), TROPOS, Instytut Chemii im. Maxa Plancka (MPIC).
• Główny samolot: Polar 6 (Basler BT-67).
• Kluczowa technologia: holowana sonda T-Bird, lidar, radar, czujniki CCN/INP.
• Odkrycie: Nieoczekiwanie wysokie stężenia aerozoli w głębi Antarktydy.