Ein Jahr im ewigen Eis 

Im September startete der deutsche Forschungseisbrecher zu einer einzigartigen Expedition. Seit Oktober driftet die Polarstern eingefroren durch das Nordpolarmeer. Ein einzigartiges Experiment mit dem Namen „MOSAiC-Expedition“*. Mehr als 600 Wissenschaftler aus 19 Natio­nen werden ein ganzes Jahr lang die Arktis erforschen, und sie überwintern in einer Region, die in der Polarnacht nahezu unerreichbar ist. 

Allein die Naturgewalt der Eisdrift bietet der Wissenschaft diese einmalige Chance. Auf einer Eisscholle schlagen sie ihr Forschungscamp auf und verbinden es mit einem kilometerweiten Netz von Messstationen. In keiner Region der Welt zeigt sich der Klimawandel klarer als in der Arktis. Die Forschungsergebnisse der MOSAiC-Expedition werden ein Meilenstein für die Klimaforschung sein. NITRO hat mit dem Expeditionsleiter Prof. Dr. Markus Rex über die Herausforderungen dieser internationalen Expedition gesprochen, wie lange sie vorbereitet wurde und warum die Forschungsergebnisse so wichtig für den globalen Klimawandel sind.

? Markus Rex, Sie sind Wissenschaftler im Alfred-Wegener-Institut, kurz AWI, am Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung. Die Medien bezeichnen Sie als Atmosphärenforscher oder Atmosphärenphysiker. Welche Bezeichnung ist korrekt?

! Es ist beides korrekt. Ich habe Physik studiert, Meteorologie und Geophysik und ein Diplom in Physik erhalten. Mein Spezialgebiet ist aber schon seit Jahrzehnten die Atmosphärenphysik. Insofern bin ich sowohl Atmosphärenforscher als auch Atmosphärenphysiker.

Forschungseisbrecher ein Jahr in direkter Umgebung des Nordpols

? Somit genau beschäftigen Sie sich am AWI?

! Ich und die anderen Wissenschaftler am AWI möchten verstehen, wie die polare Atmosphäre im globalen Klimasystem funktio­niert und welche Wechselwirkungen und Einflüsse sie auf das Klima der Welt hat.

? Inwie vielen Arktis-Expeditionen haben Sie bisher teilgenommen?

! Ich habe es noch nie gezählt, es müssen aber mehr als 20 Expeditionen in beiden Polarregion und in anderen Teilen der Welt sein, dabei auch auf Borneo, in Nepal und auf der Südseeinsel Palau, aber zum Großteil in den beiden Polarregionen Arktis und Antarktis.

? Sie sind der Leiter der MOSAiC-Expedition, die im September mit dem deutschen Forschungseisbrecher Polarstern in die Arktis aufgebrochen ist. Die Medien bezeichnen die „MOSAiC-Expedition als eines der größten und aufwendigsten Forschungsabenteuer unserer Zeit“. Was macht diese Expedition so einzigartig und spektakulär?

! Zum ersten Mal wird ein Forschungseisbrecher ein ganzes Jahr in direkter Umgebung des Nordpols bleiben – also einschließlich des Winterhalbjahrs. Weil das Eis im Winterhalbjahr so dick ist, dass wir mit unseren Eisbrechern nicht durchbrechen können, sind wir in dieser Jahreszeit bislang immer aus der zentralen Arktis ausgesperrt gewesen. Für die jetzige Expedition direkt am Nordpol mussten wir ein gewaltiges logistisches Konzept entwickeln, bei dem insgesamt fünf Eisbrecher zum Einsatz kommen.

Internationales Konsortium aus 19 Nationen und 60 Institutionen 

? Wer ist „wir“?

! Das Alfred-Wegener-Institut führt die Expedition mit seinen internationalen Partnern durch, die alle eine hohe Kompetenz in der Polarforschung haben und mit denen wir dieses einzigartige Experiment innerhalb von sieben Jahren vorbereitet haben. Es ist ein internationales Konsortium entstanden, dem 60 Institutionen aus 19 Nationen angehören.

? Wie viele Wissenschaftler begleiten Sie auf der Expedition? 

! Etwa 600 Wissenschaftler aus 19 Ländern und mehr als 60 wissenschaftlichen Institutionen (6 x 100 Personen werden sich während der Expedition an Bord abwechseln, Anm. d. Red.). Die MOSAiC Expedition ist nicht nur einmalig, sie ist international aufgestellt und sehr interdisziplinär.

Natürlich sind Länder mit sehr unterschiedlichen geopolitischen Interessen dabei – die USA, Russland, China – und sehr viele der europäischen Länder. Es ist fantastisch zu sehen, wie effizient und freundschaftlich in diesem wissenschaftlichen Projekt gemeinsam an der Lösung der großen Fragen der Menschheit gearbeitet wird.

? Gab es einen Auswahlprozess, wer an der exklusiven Expedition teilnehmen darf?

! Natürlich. An einer so einzigartigen Expedition wollten natürlich viele Forscher teilnehmen. Wir konnten uns weltweit die besten Wissenschaftler für die jeweiligen Disziplinen aussuchen, deshalb konnten wir weltweit das beste Team an erstklassigen Polarforschern zusammenstellen.

? Wer hatte eigentlich die Idee für die Expedition?

! Die Idee hatte vor fast zehn Jahren Klaus Dethloff, mein Vorgänger in der Leitung der Atmosphärenforschung am Alfred-Wegener-Institut. Zunächst war die Idee nur ein Traum. Wir haben diese „Traum-Idee“ am Institut aufgenommen, Stück für Stück und konsequent weiterentwickelt und sie mit unseren internationalen Partnern diskutiert. Ein Jahr Inspiriert wurden wir vom norwegischen Polarforscher Fridtjof Nansen, der schon vor 125 Jahren die erste und bis heute wegweisende Expedition in diese Eisdrift unternommen hat. Nansen hat damals eine Pionierleistung vollbracht, denn niemand vor ihm ist so weit im Norden gewesen. Dies machen wir nun erstmals mit einem modernen Forschungseisbrecher nach.

Expedition dieser Größenordnung mit einem Schiff nicht zu realisieren

? Klingt nach einer Expedition, die eine starke Finanzierung braucht.

! Ohne eine gesicherte Finanzierung ist ein solches Projekt nicht umsetzbar, und wir haben viele Jahre und viel Energie darauf verwendet, die Finanzierung von vielen Partnern zusammen zu bekommen. Zumal sehr schnell klar war, dass sich eine Expedition in dieser Größenordnung mit einem einzelnen Schiff gar nicht realisieren lässt. Die logistischen Herausforderungen, die wir in der Polarforschung in diesem Bereich im Winter haben, sind so enorm, dass sich viele Partnerländer an Logistik und Finanzierung beteiligen müssen, das kann ein Land alleine nicht realisieren. Deutschland hat hierbei aber eine Führungsrolle übernommen, und das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert einen großen Anteil der Expedition.

? Neben der zeitaufwendigen Sicherung der Finanzierung mussten Sie die Expedition auch logistisch vorbereiten. Wie bereitet man eine Expedition der Superlative vor, die so noch nicht stattgefunden hat?

! Wir haben zunächst ein umfangreiches Logistikkonzept entwickelt und uns die Frage gestellt: Welche Eisbrecher können unserem zentralen Forschungsschiff, der Polarstern, helfen, eine solche Expedition überhaupt möglich zu machen? Außerdem musste ein exakter logistischer Ablaufplan erstellt werden – welcher Eisbrecher bringt uns wo und wann neuen Nachschub, welcher Ablauf ist mit den unterschiedlichen Fähigkeiten der beteiligten Eisbrecher am sichersten realisierbar?

Eine ambitionierte logistische Herausforderung

? Nun sind Sie im September von Norwegen aus in die Arktis gestartet …

! Genau. Wir sind im September gestartet, weil die Meereisschicht im Herbst am dünnsten ist und wir sie noch durchbrechen können. Im Oktober werden wir uns dann fest einfrieren lassen.

? Wo genau sind Sie in der Arktis vom Rest der Welt isoliert? 

Wir driften eingeschlossen in das Eis über die Polarkalotte – mit der natürlichen Drift des Meereises von Sibirien über den Nordpol in den atlantischen Sektor der Arktis hinein. Einen Teil der Zeit werden wir uns im direkten Polbereich nördlich des 87. Breitengrades befinden. Das ist so weit im Norden, dass wir kaum noch Polarlichter sehen.

? Reicht der Treibstoff, den Sie an Bord haben, für ein ganzes Jahr im Eis?

! Nein. Die Bunkerkapazität des Eisbrechers reicht nicht, um ausreichend Treibstoff mitzunehmen. Doch nur mit genügend Treibstoff können wir das Schiff ein ganzes Jahr lang betreiben, heizen und Strom erzeugen für unser umfangreiches wissenschaftliches Equipment. Wir sind auf Unterstützung durch unsere Partnereisbrecher angewiesen.

? Treibstoff in die zentrale Arktis zu liefern ist sicher nicht ganz einfach … 

! Wir benötigen die Unterstützung von weiteren Eisbrechern. Es beteiligen sich an der Versorgung der Expedition fünf der besten Eisbrecher der Welt – verteilt über ein Jahr. Die gesamte Flotte muss auf der Nordkalotte choreografiert werden, um uns jeweils zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort mit Treibstoff zu versorgen. Eine ambitionierte logistische Herausforderung, bei der alles wie bei Zahnrädern ineinandergreifen muss. Und fast ein halbes Jahr lang wird das Eis so dick sein, dass niemand zu uns vorstoßen kann.

Auf etwa 130 Grad Ost Kurs nach Norden

? Welche Temperaturen herrschen in der Arktis im Winterhalbjahr?

! Temperaturen von minus 40 oder bis zu minus 45 Grad, und zum Teil toben gewaltige Stürme in der Zentralarktis. Unter solch schwierigen Wetterbedingungen können Forschungen nicht ganz einfach durchgeführt werden.

? Können Sie die Route der Polarstern beschreiben?

! Wir sind in Tromsø in Norwegen gestartet und durch offenes Wasser entlang der sibirischen Küste nach Osten gefahren. Auf etwa 130 Grad Ost haben wir dann Kurs nach Norden genommen und sind dann in das sommerlich dünne Meereis eingebrochen. Auf etwa 85 Grad Nord haben wir uns dann einfrieren lassen. Die Maschinen sind jetzt im Leerlauf, dienen nur noch der Heizung und der Stromerzeugung und wir driften mit dem Eis mit.

? Das in meterdickes Eis eingefrorene Schiff bewegt sich dann auf der Scholle?

! Es bewegt sich mit der Scholle. Die Polarstern hat einen Tiefgang von elf Metern. Die Eisdicke beträgt ein bis drei Meter, in Presseisrücken auch mal fünf, sechs, sieben Meter. Das bedeutet, das Schiff ist ins Eis eingefroren, ragt unten aber aus dem Eis heraus und hat immer Wasser unter dem Kiel. Weil es sich nicht bewegen kann, die gesamte Eisfläche der Arktis aber von Sibirien über den Nordpol Richtung Atlantik driftet, driften wir mit der Scholle mit. Insofern bestimmt das Eis den Pfad, den unsere Expedition nehmen wird.

Während der Polarnacht kommen Helikopter zum Einsatz

? Wie haben auf dem sich bewegenden Eis eine gigantische Forschungsstation errichtet?

! Genau. Innerhalb eines kurzen Zeitfensters mussten wir ein gewaltiges Forschungscamp neben der Polarstern auf dem Eis errichten. Eine riesige Infrastruktur, ein gigantisches Netzwerk von Stromleitungen, Datenkabeln und Scooter Tracks, dazu Wege, auf denen wir zu Fuß laufen und abgesteckten Bereiche in denen wir ein ganzes Jahr Schnee- und Eisproben entnehmen können. Die Pläne der Forschungsstadt sehen aus wie der Stadtplan von Downtown Manhattan. Während der Polarnacht kommen Helikopter zum Einsatz, um ein weiteres Netzwerk von Stationen auf dem Eis zu unterhalten, die bis zu 50 Kilometern von der Polarstern entfernt liegen.

? Bildlich gesehen ein gewaltiges wissenschaftliches Zentrum auf einer Scholle im ewigen Eis?

! Richtig. Zusätzlich gibt es Dutzende von Messcontainern an Bord des Schiffes, mit denen Wissenschaftler z. B. in die Atmosphäre schauen.

? Welche Eisbrecher sichern den Nachschub an Diesel und Verpflegung? 

! Unsere Partnereisbrecher sind die Akademik Fjodorow und die Kapitan Dranitsyn aus Russland, die Oden aus Schweden und die chinesische Xue Long 2, ein hoch moderner, neuer Forschungseisbrecher. Zwischen Februar und Juni wird eine Versorgung aber nicht möglich sein, weil das Eis dann selbst für so leistungsstarke Eisbrecher zu dick sein wird.

? Ab Februar werden Sie völlig isoliert im ewigen Eis eingeschlossen sein? 

! Nicht ganz. In dieser Phase bauen wir eine Landebahn für Flugzeuge auf dem Eis – irgendwo in ein, zwei Kilometern Abstand von der Polarstern. Wir werden dann per Flugzeug Personal austauschen können, eine Versorgung mit Treibstoff ist aus der Luft aber nicht möglich. Im Juni, wenn das Eis wieder dünner wird, stößt der schwedische Eisbrecher Oden zu uns vor, um unsere bis dahin weitgehend leeren Tanks wieder aufzufüllen.

Der atlantischen Sektor erwärmt sich am stärksten

? Werden die Proben, die die Wissenschaftler entnehmen, und die Ergebnisse und Daten der Messungen schon während des Eisjahres zum Alfred-Wegener-Institut gebracht beziehungsweise übermittelt – oder werden sie erst am Ende der Expedition ausgewertet?

! Die ersten Festplatten mit Daten und Proben schicken wir mit unseren Partnereisbrechern zurück. Dabei werden sehr viele Schnee- und Eisproben sein, außerdem Wasserproben aus dem Ozean und Filter, die wir mit Atmosphärenluft beaufschlagen. Die Analysen beginnen also schon, während wir noch im Eis eingeschlossen sind.

? Sie sagten in einem Interview: „Die Arktis ist das Epizentrum der Erderwärmung.“ Warum?

! Die Arktis ist der Bereich unseres Planeten, der sich am schnellsten und am stärksten erwärmt. Die Klimaerwärmung ist dort mindestens doppelt so schnell wie im Rest der Welt. Im Jahresmittel sind in der Arktis bereits jetzt deutlich mehr als zwei Grad Celsius Klimaerwärmung zu beobachten. Zwei Grad Celsius werden für den Gesamtplaneten als die äußerste Grenze des Verträglichen angesehen, und in der Arktis ist das schon überschritten.

Im atlantischen Sektor, also in dem Bereich der Arktis, der sich am stärksten erwärmt, steht eine unserer Forschungsstationen, und ich reise seit Anfang der 1990er-Jahre regelmäßig dorthin. Als ich vor 25 Jahren im Winter in die Station kam, sah die Arktis aus, wie man sich die Arktis im Winter vorstellt: Schnee und Eis, weiß glitzernde Eiskristalle und blaue Eisberge, die in der Sonne liegen, so weit das Auge reicht. Die Station liegt an einem Fjordufer, aber der Fjord war immer komplett zugefroren. Heute gibt es dort nur Wasser. Wo ich früher mit Skiern und Schneemobil unterwegs war, brauche ich heute ein Boot.

Arktisbewohner bemerken die drastischen Veränderungen täglich

? Wann ist die Arktis heute eine völlig andere Welt geworden?

! Es hat eine dramatische Veränderung gegeben. Für die meisten Menschen in unseren Breiten spielt sich der Klimawandel im Wesentlichen in den Medien ab. Man liest darüber, nimmt vielleicht noch wahr, dass es schon wieder einen heißen Sommer gegeben hat, und wundert sich darüber, dass sich die trockenen Sommer häufen. Aber heiße Sommer gab es auch früher schon und noch braucht man eine solide Statistik, um den Klimawandel hier bei uns nachzuweisen.

Für die Bewohner der Arktis, die indigene Bevölkerung, ist die Frage, ob es einen Klimawandel gibt, eine völlig absurde, denn in der Arktis ist der Klimawandel allgegenwärtig. Die Arktisbewohner können die drastischen Veränderungen in ihrer Umgebung täglich beobachten.

? Stellt sich die Frage, warum der Klima­wandel gerade in der Arktis so dramatisch ist.

! Es gibt bereits viele Erkenntnisse, aber wir haben bisher noch kein vollständiges Bild. Ein Großteil der  Rückkopplungsmechanismen, die wir im Klimageschehen habe, sind in der Arktis so aufgestellt, dass sie die Erwärmung weiter beschleunigen. Einer der Beschleunigungs-Feedbacks der Arktis ist, dass das Meereis im Zuge des Klimawandels taut und sich zurückzieht – in der Folge haben wir keine weiße Eisoberfläche mehr, sondern eine dunkle Ozeanoberfläche. Dadurch wird die Sonnenstrahlung viel stärker absorbiert und wandelt sich in Wärme um. Und das ist nicht mal der wesentlichste Mechanismus, aber einer der am leichtesten verständlichen.

Aus Sicht der Atmosphäre haben wir einen warmen Ozean, der nur minus 1,5 bis minus 1,8 Grad Celsius kalt ist – also wirklich warm gegenüber einer minus 30 bis minus 40 Grad kalten Atmosphäre. Ein wenig dieser Wärme gelangt durch die dünne Eisschicht in die Atmosphäre und beeinflusst die Wärmebilanz der Arktis. Reißt die Eisschicht auf, kommt der „warme Ozean“ in den direkten Kontakt mit der kalten Atmosphäre. In der Folge schießen gewaltige Wärmemengen und Wasserdampf in die Atmosphäre. Da diese Risse immer häufiger auftreten, trägt das zu einer weiteren Erwärmung der Arktis bei. Hinzu kommt: Der Wasserdampf, der in die Atmosphäre gelangt, ist ein Treibhausgas, das zu einer weiteren Verstärkung der Erwärmung beiträgt. Ein weiterer Aspekt: Der Wasserdampf bildet Wolken, und unter den arktischen Bedingungen wirken Wolken meist erwärmend, nur selten abkühlend. Wie genau sie erwärmend und abkühlend wirken, ist ein wichtiges Forschungsfeld während unserer Expedition.

Das Hauptwindsystem der Nordhemisphäre

? Beeinflusst dieser Mechanismus, den Sie gerade beschrieben haben, auch unser Wetter?

! Auf jeden Fall! Der Temperaturkon­trast zwischen der kalten Arktis und den viel wärmeren mittleren Breiten treibt das Hauptwindsystem der Nordhemisphäre an – den Jetstream, ein Westwindband, welches über alle Kontinente hinweg um die Arktis herum weht und der in zehn Kilometer Höhe besonders ausgeprägt ist. Wenn die Arktis sich schneller erwärmt als der Rest der Welt, wird der Motor dieses Westwindbandes schwächer und beginnt zu stottern.

? Können Sie das an einem Beispiel erklären?

! Wird das Westwindband instabiler, fängt es an zu mäandrieren und in Wellenbewegungen um die Arktis zu wehen. Diese Wellenbewegungen lassen zu, dass vermehrt Warmluftvorstöße aus dem Süden zu uns und bis tief in die Arktis hinein wirken können – unsere heißen Phasen in den vergangenen Sommern. Andersrum können besonders im Winter Kaltluftausbrüche aus der Arktis bis in unsere Breiten gelangen. Einen solchen Effekt konnten wir Anfang dieses Jahres in den USA beobachten, als dort alles „schockgefrostet“ wurde. In Chicago fielen die Temperaturen unter minus 30 Grad Celsius und die Blizzards kamen bis nach Florida. Das war exakt eine solche Wellenbewegung im Jetstream, die kalte arktische Luftmassen transportiert hat.

Eine Expedition mit Wissenschaftlern aller Disziplinen

? Erforschen Sie bei Ihrer Expedition auch den Einfluss des Ozeans auf den Klimawandel? 

! Wir messen im Ozean bis zum Meeresgrund in etwa 4 000 Meter Tiefe senden Messgeräte an heliumgefüllten Ballonen bis in 35 000 Meter Höhe in die Stratosphäre. Da alle Komponenten – Atmosphäre, Eis, Ozean, Ökosystem und Biogeochemie – ganz eng miteinander zusammenhängen und sich gegenseitig beeinflussen, ist es ein sehr wichtiges Merkmal der Expedition, dass die Wissenschaftler aller Disziplinen zusammenarbeiten und die Austauschprozesse zwischen allen Prozessen ganz genau in den Fokus nehmen. Noch nie hat eine Polarexpedition über so viele Disziplingrenzen hinweg miteinander gearbeitet. Mit dieser Expedition haben wir einen Grundstein gelegt, damit es in der Zukunft eine weitaus intensivere und effizientere Zusammenarbeit geben wird.

? Gibt es unter Wissenschaftlern ein besonders Verständnis zwischen den Nationen, welches in anderen Bereichen manchmal problematischer ist? 

! Wir haben hier eine sehr kollegiale, vertrauensvolle und kooperative Atmosphäre zwischen Nationen, deren geopolitischen Interessen in der Arktis zum Teil kollidieren. Es wäre erfreulich, wenn ein Teil dieser Atmosphäre in diplomatische und politische Bereiche ausstrahlen würde. Außenminister Heiko Maas hat die MOSAiC-Expedition in einer Rede vor dem UN-Sicherheitsrat als Beispiel genannt, wie Staaten in der Arktis miteinander kooperieren sollten – nämlich ebenso wie die internationalen Wissenschaftler auf unserem kleinen Forschungsschiff.

? Welche Erkenntnisse erwarten Sie am Ende der Expedition? 

! In der Hauptsache geht es darum, die globalen Klimamodelle zu verbessern. Im Moment ist die Darstellung der arktischen Klimaprozesse in den globalen Klimamodellen leider noch sehr, sehr schlecht. Die Wissenschaft war im Winterhalbjahr noch nicht in der zentralen Arktis, im Sommerhalbjahr nur sehr selten, deshalb gibt es sehr wenige Messungen und aus dem Winterhalbjahr fast gar keine.

Solange es keine exakten Beobachtungen gibt, ist jedes Klimamodell gezwungen, ad-hoc-Annahmen darüber zu treffen, wie diese Prozesse in der Arktis verlaufen – man könnte auch sagen, sie müssen raten. Und das führt dazu, dass sie Unsicherheiten von Klimaprognosen nirgends so groß sind wie in der Arktis.

Klimasysteme und Klimamodelle weltweit verbessern

? Und die MOSAiC-Expedition wird das ändern?

! Wir werden die Prozesse beobachten, sie verstehen, und auf dieser Grundlage realistische Module für Klimamodelle entwickeln – nun beruhend auf der Realität und nicht auf Raten.

? Werden Sie die wissenschaftlichen Ergebnisse der Expedition der Wissenschaft zur Verfügung stellen? 

! Unser Ziel ist es, das Verständnis des Klimasystems und die Klimamodelle weltweit zu verbessern. Ein Kernelement von MOSAiC ist, dass alle Daten weltweit öffentlich werden.

? Wann wird das sein?

! Zu Beginn des Jahres 2023, wenn die Daten solide ausgewertet sind, werden sie weltweit vollständig öffentlich zugänglich gemacht und alle Wissenschaftler weltweit können von den Daten profitieren. Das ist nicht beschränkt auf den exklusiven Kreis derjenigen, die jetzt die Chance haben, mit an Bord zu sein, sondern die Ergebnisse sollen der Welt zugutekommen. MOSAiC wurde gegründet, um zum Wohle Aller zu arbeiten.

? Solide wissenschaftliche Ergebnisse sind auch ein wichtiger Baustein für politische Entscheidungsprozesse …

! Absolut! Unsere Gesellschaft steht vor wichtigen Entscheidungen, um unsere Zukunft aktiv und klug zu gestalten, anstatt blind hineinzustolpern. Wie können wir den Klimawandel auf ein vertretbares Maß begrenzen und was ist dieses vertretbare Maß? Zur Beantwortung dieser Fragen und als Grundlage für kluge Entscheidungen brauchen wir solide wissenschaftliche Grundlagen, damit wir wissen, was die Konsequenzen verschiedener Handlungsoptionen jeweils sein werden. Dazu wollen wir beitragen.

Das Interview führte
Bettina Schellong-Lammel

* MOSAiC – Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate