Nya flygningar fyller 20-årigt tomrum i forskningen om antarktiska moln

Antarktiska moln har inte studerats med jämförbara flygbaserade aerosolmätningar på 20 år eftersom tidigare forskningskampanjer var begränsade till kustregioner, vilket lämnade den stora Antarktiska högplatån oobserverad. Detta två decennier långa datagap har hindrat utvecklingen av noggranna AGI (Atmosfäriska globala indikatorer) som används för att modellera jordens klimat. Den nyligen genomförda SANAT-flygkampanjen har slutligen överbryggat detta tomrum genom att använda forskningsflygplanet Polar 6 för att samla in de första höghöjdsdata om aerosoler djupt inne i kontinentens inland.

Varför har inte antarktiska moln studerats på 20 år?

Antarktiska moln har saknat omfattande flygbaserade studier under två decennier, främst på grund av de extrema logistiska svårigheterna med att operera flygplan i det djupa inlandet och ett historiskt vetenskapligt fokus på aerosolers fördelning vid kusten. SANAT-kampanjen, ett samarbete mellan Alfred Wegener-institutet (AWI), TROPOS och Max Planck-institutet för kemi, representerar det första uppdraget att placera ut moderna sensorer söder om den 80:e breddgraden.

Den tidigare bristen på data skapade betydande osäkerheter i hur vi tolkar AGI och andra klimatmått. Enligt Dr. Frank Stratmann från Leibniz-institutet för troposfärsforskning (TROPOS) ägde de senaste jämförbara mätningarna rum i en tekniskt sett helt annan era. Genom att flyga djupt in över den Antarktiska högplatån har teamet rört sig bortom de senaste decenniernas "kustbias" för att förstå hur partiklar beter sig över de massiva ismassorna på hög höjd som utgör kontinentens hjärta.

För att övervinna dessa utmaningar använde forskargruppen Polar 6, ett specialiserat flygande laboratorium. Detta flygplan gör det möjligt för forskare att utforska regioner som annars är oåtkomliga, vilket ger en vertikal och horisontell profil av atmosfären. Dessa mätningar är nödvändiga för att förstå den spatiala fördelningen av antarktiska aerosoler och spårgaser, vilka fungerar som ritningen för molnbildning i världens renaste luft.

Den antarktiska albedoeffekten och global avkylning

Den antarktiska albedoeffekten är en avgörande klimatregulator där vita isytor och moln reflekterar upp till 80 % av den inkommande solstrålningen tillbaka ut i rymden. Denna process förhindrar polarregionerna från att absorbera överdriven värme och fungerar effektivt som jordens primära radiator. Varje förändring i molnfrekvens eller molnsammansättning påverkar direkt planetens förmåga att upprätthålla en stabil temperaturbalans.

Moln i Antarktis är inte bara passiva inslag på himlen; de är aktiva deltagare i strålningsbudgeten. Till skillnad från moln i förorenade regioner bildas antarktiska moln i en miljö med mycket låga aerosolkoncentrationer. Detta gör dem hyperkänsliga för även mindre fluktuationer i partikelhalterna. Dr. Zsófia Jurányi vid Alfred Wegener-institutet (AWI) betonar att förståelsen av dessa interaktioner är avgörande för att förfina de AGI som forskare använder för att projicera framtida scenarier för global uppvärmning.

SANAT-kampanjen fokuserade på hur dessa moln interagerar med atmosfären över hav, ishyllor och högplatån i inlandet. Genom att mäta hur egenskaper förändras på olika höjder kan teamet bättre förutsäga hur albedoeffekten kan förändras när klimatet blir varmare. Denna forskning är särskilt aktuell då Antarktis står inför oöverträffade förändringar i sina isstrukturer, vilket fundamentalt skulle kunna förändra dess reflektionsförmåga.

Aerosoler: Molnbildningens frön

Aerosoler fungerar som molnens fysiska "frön" och tillhandahåller de nödvändiga ytorna för att vattenånga ska kunna kondensera till droppar eller frysa till iskristaller. I den orörda antarktiska atmosfären inkluderar dessa partiklar havssalt, mineraldamm och sot som transporterats från avlägsna kontinenter. Utan dessa molnkondensationskärnor (CCN) eller isbildningskärnor (INP) kan moln helt enkelt inte bildas, oavsett luftfuktighet.

SANAT-teamet använde banbrytande teknologi för att fånga dessa svårfångade partiklar. Ett av de mest innovativa verktygen som användes var "T-Bird", en släpsond som drogs 60 meter bakom flygplanet Polar 6. Detta instrument fungerar oberoende och samlar in data om aerosolfrekvens och småskaliga transportprocesser utan störningar från flygplanets egna motorer. Detta säkerställer att den kemiska sammansättningen i den luft som testas är 100 % representativ för den naturliga miljön.

Initiala resultat från flygningarna i januari och februari 2026 har redan gett överraskande resultat. Prof. Stephan Borrmann från Max Planck-institutet för kemi (MPIC) rapporterade en "oväntat hög aerosolkoncentration" på högplatån i inlandet. Denna upptäckt utmanar den gamla tron att det djupa inlandet är i det närmaste tomt på partiklar, och tyder på att atmosfäriska transportmekanismer är effektivare på att flytta aerosoler inåt landet än vad man tidigare antagit.

Vad är kopplingen mellan havsisens förlust och molnbildning?

Förlust av havsis förändrar molnbildningen genom att exponera öppet havsvatten, vilket ökar avdunstningen av fukt och utsläppen av marina aerosoler i atmosfären. När havsisen drar sig tillbaka skapar skiftet från en reflekterande vit yta till ett mörkt, värmeabsorberande hav en återkopplingsmekanism som förändrar hur AGI beräknas. Dessa förändringar påverkar direkt typen och tätheten av de moln som bildas över Södra ishavet.

Minskningen av havsis, som har nått rekordlåga nivåer sedan 2016, innebär att fler havssaltsaerosoler slungas upp i luften av brytande vågor. Dessa naturliga partiklar är mycket effektiva kondensationskärnor. SANAT-kampanjen syftar till att kvantifiera hur detta inflöde av marina partiklar påverkar de "blandfasmoln" som är vanliga i Antarktis – moln som innehåller både flytande vatten och iskristaller och som spelar en stor roll för lokala vädermönster.

Dessutom är interaktionen mellan havet och atmosfären en primär drivkraft för det antarktiska vädret. Genom att använda lidar- och radarteknik vid Neumayer-Station III i kombination med flygdata kan forskare spåra hur aerosoler från det öppna havet transporteras tusentals kilometer inåt landet. Denna helhetssyn är nödvändig för att avgöra om ett ökat molntäcke till följd av havsisens förlust kommer att ha en avkylande effekt (genom reflektion) eller en uppvärmande effekt (genom att stänga inne värme).

Hur påverkar pingvinutsläpp antarktiska moln?

Det finns för närvarande inga vetenskapliga bevis för att utsläpp från pingviner direkt påverkar storskalig antarktisk molnbildning, då forskningen fokuserar på marina och atmosfäriska aerosolkällor. Även om pingviner producerar ammoniak genom guano, vilket kan bidra till lokaliserade kvävebaserade aerosoler, är dessa biologiska markörer generellt sett inte tillräckligt betydande för att påverka de breda AGI eller bildandet av moln över den enorma Antarktiska högplatån.

SANAT-flygkampanjen riktar sig specifikt mot storskaliga naturliga källor såsom havsspray, vulkanisk aska och långväga antropogena föroreningar. Även om biologisk aktivitet i Södra ishavet – såsom fytoplanktonblomningar – är känd för att frigöra gaser som dimetylsulfid (DMS) vilka sår moln, förblir bidraget från landbaserat viltliv som pingviner ett lokalt fenomen. Forskare är mer oroade över hur globala industriella AGI-trender kan deponera sot eller sulfater på den orörda antarktiska isen.

Fokus för forskarna vid AWI och TROPOS ligger kvar på "spårobservatoriet" vid Neumayer-Station III, där de har mätt isbildningskärnor in situ sedan 2019. Dessa markbaserade mätningar ger en baslinje för flygdata och säkerställer att alla upptäckta aerosoler kategoriseras korrekt efter sin kemiska signatur, oavsett om de härstammar från havet, landet eller mänsklig aktivitet från andra halvklot.

Framtida klimatprognoser och SANAT-kampanjen

Data som samlats in under SANAT-uppdraget kommer att användas för att förbättra noggrannheten i globala klimatsimuleringar och väderprognoser för de kommande decennierna. Genom att integrera dessa unika mätningar i befintliga modeller kan forskare bättre bedöma hur den antarktiska atmosfären reagerar på global uppvärmning. Denna forskning är en hörnsten i internationella ansträngningar för att förstå "brytpunkterna" i det polära klimatsystemet.

Under de kommande månaderna kommer konsortiet av institut att utvärdera det massiva dataset som samlats in av Polar 6. Detta inkluderar meteorologiska variabler som lufttryck, vattenånghalt och temperatur, tillsammans med de kemiska profilerna för de fångade aerosolerna. Målet är att skapa en mer robust uppsättning AGI som kan förutsäga hur molntäcket kommer att förändras i takt med att Södra ishavet fortsätter att värmas upp och havsisens mönster skiftar.

SANAT-kampanjen lägger också grunden för framtida uppdrag. Med flygplanen Polar 5 och Polar 6, som har varit i tjänst sedan 2007, fortsätter Alfred Wegener-institutet att tänja på gränserna för polärt flyg. Dessa flygningar ger en inblick under huven på jordens klimatmaskineri och erbjuder en detaljnivå som fjärranalys via satellit helt enkelt inte kan matcha. När vi går in i en era av snabba klimatförändringar är denna 20-åriga uppdatering av vår kunskap om Antarktis inte bara vältajmad – den är avgörande för global överlevnad.

• Plats: Antarktiska högplatån, 80:e breddgraden syd.
• Viktiga institutioner: Alfred Wegener-institutet (AWI), TROPOS, Max Planck-institutet för kemi (MPIC).
• Huvudsakligt flygplan: Polar 6 (Basler BT-67).
• Kärnteknologi: T-Bird släpsond, Lidar, Radar, CCN/INP-sensorer.
• Upptäckt: Oväntat höga aerosolkoncentrationer i Antarktis inland.