Ice is nice

Geochemists analyzing sea ice. Photo : Gerhard Dieckmann

By Erika Allhusen, Robert Ricker, Hazel Hartman-Jenkins, Andreas Krell, Gerhard Diekmann, Ellen Damm |

Pulling equipment. Photo: Erika Allhusen
Pulling equipment. Photo: Erika Allhusen

As Miss Smilla searched snow and ice for clues to solve an arctic crime; similarly, we search the arctic icepack to for answers to a variety of scientific questions. How is biomass distributed throughout the ice? What is the small-scale current structure directly under the ice and how thick is the ice? Which processes in the ice are important for the , that affect our climate? Answering these questions requires cross-disciplinary co-operation: physicists, oceanographers, geochemists, and biologists working together.

An icestation takes planning. We need appropriate weather and ice conditions; we need the agreement of the chief scientist, the captain, the meteorologists, and last but not least, everyone else working on the Polarstern, since an 8-hour icestation affects everyone’s schedule. Then we hunt for a suitable ice floe, from the bridge and from the helicopter. It must be big enough for everyone’s work, and the ship must be able to come alongside and lower the gangway.

Oceanographer and their CTD winch. Photo: Mario Hoppmann
Oceanographer and their CTD winch. Photo: Mario Hoppmann

We move onto the ice with Nansen sledges and pulkas, loaded with a gallimaufry of tools: ice augers, generators, shovels, winches, pumps, measuring instruments of all types. And a stepladder. We’ll come to the stepladder.

The oceanographers bring the heaviest equipment. They pull winches and other instruments on Nansen sledges, which can make you sweating, even with -5 C° air temperature. They build their measuring site rather far away from the ship, that their measurements are not disturbed.

They bore a hole through the ice, through which they lower a CTD, which is an instrument that measures salinity and temperature along with the depth. With the portable winch, they also lower further instruments for currents and turbulence measurements down to 400 m.

Biologists in their drilling area. Photo: Erika Allhusen
Biologists in their drilling area. Photo: Erika Allhusen

The biologists stay closer to the ship. They lay out a drilling area, and take dozens of closely-spaced ice cores. These will be used for a variety of analyses.

The biologists see the ice as a habitat. They study the microscopic organisms (mostly diatoms) which colonise the tiny liquid channels in the ice. Already refrozen meltponds on top of the ice are also of interest. Their water will be analysed later on the ship.

Geochemists analyzing sea ice. Photo : Gerhard Dieckmann
Geochemists analyzing sea ice. Photo : Gerhard Dieckmann

The geochemists want to learn more about the processes that lead to the formation of DMS and methane (climate relevant trace gases) in the sea ice. Also the questions, how and when these gases are released from the ice to the ocean, will be investigated. Therefore, they sample ice cores, the water directly below the ice as well as the brines (saline channels in the ice), which then need to be analysed as soon as possible.

Finally, the ice physicists explore the physical parameters of the ice: temperature, salinity, texture, and optical properties. They measure the translucency of the ice and the snow cover, and map the ice thickness of the entire floe, pulling electromagnetic instruments over the surface in a sledge. The ice-thickness sensors are calibrated by placing them at a variety of distances from the ice; that’s what the stepladder’s for.

The sea ice physicists. Photo: Erika Allhusen
The sea ice physicists. Photo: Erika Allhusen

A good characterization of the ice uses all these measurements. Scientists from all disciplines benefit from the simultaneous data collection; each subject contributes its own puzzle pieces to our picture of the sea ice.

Beside all this data and ice cores, an important gift from the ice stations is fresh water ice from the melt ponds as an ingredient for some after work drinks.

 

 

 

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Ice is nice

Der Arbeitsplatz der Geochemiker. Foto: Gerhard Dieckmann

Von Erika Allhusen, Robert Ricker, Hazel Hartman-Jenkins, Andreas Krell, Gerhard Diekmann, Ellen Damm |

Handarbeit auf dem Meereis. Foto: Erika Allhusen
Handarbeit auf dem Meereis. Foto: Erika Allhusen

So wie Fräulein Smilla in Schnee und Eis nach Spuren sucht, um einen komplexen Kriminalfall zu lösen, sind wir im arktischen Meereis auf der Suche nach Antworten für unterschiedliche wissenschaftliche Fragestellungen. Wie ist die Biomasse im Eis verteilt, wie sind die kleinskaligen Strömungsverhältnisse direkt unter dem Eis und wie dick ist das Eis überhaupt? Welche Prozesse im Eis beeinflussen die Bildung von Spurengasen, die unser Klima beeinflussen? Um diesen vielfältigen Fragen nach zu gehen, erfordert es auf dem Eis die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern unterschiedlicher Fachbereiche: Physikern, Ozeanographen, Geochemiker und Biologen.

Bevor eine solche Eisstation in der Arktis beginnt, müssen entscheidende Informationen eingeholt werden. Die Wettersituation, die Eiskondition und zu guter Letzt muss eine 8-stündige Eisstation auch mit den anderen Arbeiten auf Polarstern abgestimmt werden. Gemeinsam mit der Fahrtleiterin, dem Kapitän und dem Meteorologen werden die Pläne abgesprochen. Dann wird mit dem Helikopter oder direkt von der Brücke aus nach einer passenden Eisscholle gesucht, die groß genug ist für alle anstehenden Forschungsarbeiten und an der das Schiff gut anlegen kann.

Die CTD hat eine extra Winde, um sie 400 Meter in die Tiefe zu senken. Foto: Mario Hoppmann
Die CTD hat eine extra Winde, um sie 400 Meter in die Tiefe zu senken. Foto: Mario Hoppmann

Mit großen Schlitten und Pulkas, beladen mit einem Sammelsurium von Gerätschaften wie Eiskern-Bohrern, Generatoren, Schaufeln, Winden, Pumpen und anderer Messgeräte ziehen die Wissenschaftler dann aufs Eis. Diese Dinge mögen noch vorstellbar sein, aber wozu braucht man eine Stehleiter für die Arbeit auf dem Eis?

Die Ozeanographen haben das schwerste Gerät. Sie ziehen Winden und Instrumente auf Nansenschlitten hinter sich her, da kommt man selbst bei -5°C schon mal ins Schwitzen. Sie bauen ihre Messstelle möglichst weit vom Schiff entfernt auf, damit die Strömungsprofile nicht von diesem gestört werden.

Dort wird ein Loch ins Eis gebohrt, durch das mittels einer Winde die CTD, ein Gerät mit dem Salzgehalt, Temperatur und Tiefe gemessen werden, und weitere Instrumente zur Strömungs-und Turbulenzmessung bis zu 400 m tief ins Wasser gelassen werden.

Die Biologen und ihr Bohrgebiet. Foto: Erika Allhusen
Die Biologen und ihr Bohrgebiet. Foto: Erika Allhusen

Die Biologen bleiben näher am Schiff und markieren dort mit Fahnen ihr „Bohr-Gebiet“. Innerhalb dieser Grenzen werden die Eiskerne gebohrt, die für die unterschiedlichen Parameter und Analysen verwendet werden.

Die Biologen interessiert das Meereis als Lebensraum und die Diversität (Vielfalt) mikroskopisch kleiner Organismen, meist Kieselalgen, die sich in den Solekanälen ansiedeln, die das Eis durchziehen. Ein weiteres Interesse gilt den für die Arktis typischen Schmelztümpeln im Meereis, die schon wieder mit einer Eisschicht bedeckt sind. Auch sie werden beprobt und die Wasserproben später im Labor auf dem Schiff analysiert.

Der Arbeitsplatz der Geochemiker. Foto: Gerhard DieckmannDie Geochemiker versuchen die Prozesse besser zu verstehen, die zur Bildung von DMS und Methan (beides sind klimarelevante Spurengase) im Meereis beitragen. Aber auch das wann und wie der Freisetzung dieser Gase aus dem Eis in den Ozean wird untersucht. Dazu werden Proben aus dem Eis, dem Wasser unter dem Eis und den Brines (die Salzlake aus den Solekanälen) beprobt und schnellstmöglich analysiert.

Die Eis-Physiker untersuchen schließlich die physikalischen Parameter des Eises, also die Temperatur, den Salzgehalt, die Textur des Eises und dessen optische Eigenschaften. Sie messen die Lichtdurchlässigkeit des Eises, die Schneebedeckung und erstellen ein Profil der Eisdicke, wobei das Messinstrument mit einem Schlitten über die gesamte Eisscholle gezogen wird. Zur Kalibration dieses Eisdickensensors wird übrigens die Leiter benötigt – damit wäre dieses Rätsel auch gelöst.

Die Meereisphysiker. Foto: Erika Allhusen
Die Meereisphysiker. Foto: Erika Allhusen

Alle diese Messungen der verschiedenen Fachgebiete tragen zu einer vollständigen Charakterisierung des Meereises bei. Die unterschiedlichen Gruppen profitieren dabei von der Zusammenarbeit und den gemeinsamen Daten, die als einzelne Puzzleteile das komplette Bild vom Meereis ergeben.

Neben den ganzen Daten und Eiskernen sind die wichtigsten Mitbringsel von den Eisstationen einige Stücke Eis aus schon wieder zugefrorenen Schmelztümpeln, denn das ist fast Süßwassereis und ist heiß begehrte Zutat für die abendlichen Drinks im Zillertal. Frei nach dem Motto: Ice is nice.

 

 

Readers comments (3)

  1. Henrik

    Hallo Erika, Gerhard und Andreas!
    na das ist ja mal eine Überraschung, Euren Blog vom anderen Ende der Welt zu lesen!
    Viele Grüße aus der Heimat (Loxstedt)!
    Henrik

  2. Sabrina Hoppmann

    Hallo Mario!
    Ich wünsche dir noch eine aufregende Zeit auf der Polarstern!

    Liebe Grüße von deiner Familie! ;-)
    Bina

  3. Hoppmann, Karina

    Hallo Ihr Abenteurer,
    für die restliche Fahrtdauer viel Glück und viel Spass.
    Kann mal bitte jemand den schreibfaulen Mario H. anstossen, seine Familie hat lange nichts von ihm gehört.
    Dafür und für alles was ihr leistet einen ganz herzlichen Dank

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