Koordinationsteam am AWI
Almut Brunner
Susann Henkel
Bennet Juhls
Jan Kahl
Thomas Krumpen
Gesine Mollenhauer
Anne Morgenstern
Projekt-Website: https://www.arcticpulse.ca/
Arctic Pulse 2027
Eine internationale Forschungskampagne in der Region der Beaufortsee
Arctic Pulse 2027 ist ein großes internationales Forschungsprojekt im Nordwesten Kanadas und der angrenzenden Beaufortsee, bei dem ein interdisziplinäres, internationales Team von Wissenschaftler:innen untersucht, wie der rasche Umweltwandel die Wechselwirkungen zwischen Land und Meer, die terrestrischen Landschaften und die marinen Ökosysteme der Arktis verändert.
Im Rahmen der Kampagne werden schiffsgestützte Beobachtungen des deutschen Forschungseisbrechers RV Polarstern (Expedition BeauPAIR) und des kanadischen Eisbrechers CCGS Amundsen durchgeführt. Ergänzt werden diese durch Flugkampagnen mit den AWI-Flugzeugen Polar 5 und Polar 6, mit denen die Meereisbedingunge, Permafroststörungen und Treibhausgasflüsse im Zeitraum März - August 2027 beobachtet werden (REVISIT). Diese Maßnahmen werden mit koordinierten terrestrischen und küstennahen Forschungsaktivitäten innerhalb eines eng abgestimmten Beobachtungsrahmens kombiniert. Arctic Pulse 2027 stellt eine Schlüsselphase der intensivierten kanadisch-deutschen Zusammenarbeit dar und schafft Impulse für eine nachhaltige, langfristige Kooperation sowie für das Internationale Polarjahr 2032/33.
Die Region der Beaufortsee und das angrenzende arktische Festland gehören zu den Gebieten weltweit, die die schnellsten klimabedingten Veränderungen erleben. Auftauender Permafrost, zunehmende Küstenerosion, schwindende Gletscher und steigende Wasserabflüsse aus dem Mackenzie River beeinflussen den Transport von Süßwasser, Sedimenten, Kohlenstoff, Nährstoffen und Schadstoffen vom Land ins Meer erheblich. Diese Entwicklungen wirken sich unmittelbar auf den Süßwasserhaushalt und die Zirkulation des Arktischen Ozeans, die Meereisbedeckung, die marinen Nahrungsnetze, den Austausch von Treibhausgasen sowie die Prozesse am Meeresboden aus. Dies hat Auswirkungen auf Ökosysteme, globale Klimarückkopplungen sowie die Lebensgrundlagen und die Ernährungssicherheit der Inuvialuit-Gemeinschaften.
Arctic Pulse 2027 verfolgt den Weg von Wasser, Kohlenstoff und Sedimenten durch das gesamte Land-Ozean-System. Während Teams an Bord der Polarstern die Struktur des Ozeans und die Dynamik des Ökosystems vom Kontinentalschelf bis in die arktische Tiefsee verfolgen, geben Untersuchungen des Meeresbodens und Sedimentbohrungen Aufschluss darüber, wie Kohlenstoff und Treibhausgase unter dem Ozean verarbeitet werden, und wie anders diese Prozesse in der geologischen Vergangenheit abliefen.
An der Küste untersuchen Forschungsteams, wie ein sich erwärmendes Klima die arktischen Land-Ozean-Systeme verändert, da sich verändernde Abflussmengen der Flüsse, das Auftauen von Permafrost sowie Dynamiken des Meereises den Transport von Süßwasser, Nährstoffen, organischer Substanz, Sedimenten und Schadstoffen durch das Delta und die küstennahe Zone beeinflussen. Diese miteinander verknüpften Prozesse werden durch ein koordiniertes Beobachtungssystem erfasst, das Schiffexpeditionen, luftgestützte Messungen, Monitoring-Standorte sowie gezielte küsten- und geophysikalische Untersuchungen miteinander verbindet. Gemeinsam erfassen diese Komponenten Veränderungen der Küstenerosion, der Flachwasserumgebungen, des submariner Permafrosts, der Ökosystemstruktur sowie längerfristiger Umweltvariabilität. Durch die Integration von Beobachtungen aus Atmosphäre, Land und Ozean liefert Arctic Pulse ein ganzheitliches Verständnis darüber, wie physikalische, biogeochemische und ökologische Prozesse an der Land-Ozean-Schnittstelle zusammenwirken. Diese Veränderungen gestalten nicht nur arktische Ökosysteme neu, sondern haben auch direkte Auswirkungen auf Küstenstabilität, Infrastruktur, Ernährungssicherheit und Umweltgefahren, denen Inuvialuit-Gemeinschaften ausgesetzt sind, und verknüpfen marine Prozesse mit sich rasch wandelnden arktischen Landschaften.
Beobachtungen aus der Luft verknüpfen diese Perspektiven miteinander, indem sie sowohl die saisonale Entwicklung erfassen und damit zentrale prä-konditionierende Prozesse sichtbar machen, als auch die räumliche Abdeckung der Messungen deutlich erweitern. Durch wiederholte Befliegungen, nicht nur von Inuvik aus, sondern auch von Utqiaġvik und Prudhoe Bay (Alaska), liefern sie einen regionalen Überblick über Meereisbedingungen und Permafrostveränderungen und verbinden Prozesse an der Schnittstelle zwischen Land und Meer, einschließlich Süßwasserflüsse, Schneeschmelzdynamik und Treibhausgasaustausch.
Arctic Pulse 2027 ist in ein breites, internationales Forschungsumfeld eingegliedert. Die Kampagne wird eng mit US-Initiativen wie NASA FORTE und Arctic PISCES koordiniert, die ergänzenden Ziele verfolgen. Durch gemeinsame Beobachtungen, aufeinander abgestimmte Methoden und eine gemeinsame Datensynthese soll die wissenschaftliche Wirkung maximiert werden.
Die Zusammenarbeit mit Organisationen der Inuvialuit ist ein zentraler Bestandteil der Kampagne. Die Forschungsschwerpunkte und die Logistik wurden von Anfang an in enger Zusammenarbeit mit der Inuvialuit Regional Corporation, dem Fisheries Joint Management Committee und den lokalen Hunters and Trappers Committees entwickelt. Die Inuvialuit-Partner werden aktiv an der Forschung teilnehmen. Sie erhalten Plätze an Bord der Schiffe, nehmen an praktischen Schulungen teil und beteiligen sich an der gemeinsamen Wissensproduktion. Dies wird durch Aktivitäten in Küstennähe, den Einsatz von Hubschraubern sowie einem communityorientierten Austausch der Ergebnisse unterstützt.
Detaillierte Beschreibung der Polarstern-Expedition
Das Hauptziel der BeauPAIR-Kampagne (PS161 und PS162) besteht darin, die Auswirkungen anthropogener und natürlicher Klimaveränderungen entlang des Transekts vom Mackenzie bis in die tiefe Beaufort-See zu untersuchen. Der Schwerpunkt darauf liegt darauf, wie sich die veränderte Süßwasserzufuhr aus dem Mackenzie-Fluss heute und in der geologischen Vergangenheit auf biogeochemische Kreisläufe, marine Ökosysteme, Umweltverschmutzung, benthische Prozesse und die Sedimentdynamik auswirkt. Durch die Erfassung aktueller Klimafaktoren und das Verständnis der daraus resultierenden Umweltveränderungen soll die Kampagne Küstengemeinden dabei helfen, sich besser auf potenzielle negative Auswirkungen vorzubereiten.
Die Forschung befasst sich mit den folgenden Bereichen und Hypothesen:
1) Biogeochemische Verschiebungen, Kohlenstoffwege und neu auftretende Schadstoffe
H1: Arktische Verstärkung, tauender Permafrost, erhöhter Flussabfluss und zurückweichende Gletscher führen zu biogeochemischen Verschiebungen, erhöhtem Kohlenstoffeintrag und Eintrag neu auftretender Schadstoffe
2) Ökosystemdynamik, Polardorsch und Fische des Zentralen Arktischen Ozeans
H2: Erhebliche Verschiebungen in der Produktivität und der Ökosystemdynamik resultieren aus Veränderungen des Abflusses und biogeochemischer Prozesse, die das gesamte Nahrungsnetz einschließlich des Polardorschs und der Fische des Zentralen Arktischen Ozeans beeinflussen
3) Prozesse am Meeresboden
H3: Der Eintrag terrestrischer Materialien, insbesondere aus dem Mackenzie River, bestimmt benthische Flüsse und mikrobielle Gemeinschaften
4) Ozeanzirkulation und paläoökologische Perspektiven
H4: Das Zusammenspiel von Land und Ozean in Verbindung mit der durch den Meeresspiegelanstieg verursachten Öffnung und Schließung der Beringstraße bestimmt die Sedimentation
Unter der Leitung des AWI und in Zusammenarbeit mit kanadischen und europäischen Partnern wird diese interdisziplinäre Polarstern-Expedition indigenes Wissen einbeziehen, gemeindenahe Forschung in den Vordergrund stellen und neue wissenschaftliche Kooperationen fördern. Die Forschungsaktivitäten werden zu Land, zu Wasser und in der Luft koordiniert: Probenahmen in Flüssen und Sedimenten in Küstennähe, Luftbildvermessungen und Fernerkundung sowie Untersuchungen auf hoher See vom kontinentalen Schelf bis in den tiefen Arktischen Ozean. Eine enge Abstimmung zwischen allen Komponenten und Partnern gewährleistet eine effiziente Probenahme, gemeinsame Zeitpläne und eine kooperative Datenanalyse unter starker Einbindung indigener und lokaler Interessengruppen.
Detaillierte Beschreibung der luftgestützten REVISIT-Kampagne
Die REVISIT-Kampagne (Repeated surveys of EnVIronmental Sites In Transition) bildet die luftgestützte Komponente von Arctic Pulse 2027 und zielt darauf ab, die saisonale Entwicklung sowie prä-konditionierende Prozesse des arktischen Land–Ozean-Systems vor und während der geplanten Forschungsaktivitäten an Land und auf See zu erfassen.
Die Arktis unterliegt derzeit einem raschen und beispiellosen Wandel infolge der Klimaerwärmung. Der Rückgang des Meereises, das Auftauen des Permafrosts, veränderte Schneeregime sowie Veränderungen im Austausch zwischen Oberfläche und Atmosphäre verändern die arktischen Systeme grundlegend und beeinflussen deren Rolle im globalen Klimasystem. Um diese Veränderungen und ihre weitreichenden Folgen besser zu verstehen, führt das Alfred-Wegener-Institut (AWI) gemeinsam mit dem Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) sowie internationalen Partnern im Frühjahr und Frühsommer 2027 die luftgestützte REVISIT-Kampagne durch.
REVISIT nutzt hierfür die AWI Forschungsflugzeuge Polar 5 und Polar 6, um die Wechselwirkungen zwischen Meereis, Schneebedeckung, Permafrost und Atmosphäre während des Übergangs vom Winter zum Sommer zu untersuchen. Durch wiederholte Befliegungen ausgewählter Schlüsselregionen im Mackenzie–Beaufort-Gebiet nahe Inuvik (Kanada) und Utqiaġvik (Alaska) werden Anfangszustände erfasst, zeitliche Veränderungen verfolgt und die Prozesse identifiziert, die den sommerlichen Zustand des arktischen Systems bestimmen.
Die Kampagne ist eng mit internationalen Partnern und gleichzeitig stattfindenden Feldaktivitäten abgestimmt, darunter Kooperationen mit dem International Arctic Research Center (IARC) und der University of Alaska Fairbanks sowie NASA-geführten Programmen wie Arctic-COLORS und FORTE. Darüber hinaus ist REVISIT direkt mit der RV Polarstern BeauPAIR-Expedition (PS161 und PS162) verknüpft und liefert wesentliche Informationen zu prä-konditionierenden Prozessen wie Schneeschmelze, Süßwasserflüssen und der frühzeitigen Entwicklung des Meereises.
Forschungsziele
Die REVISIT-Kampagne adressiert drei eng miteinander verknüpfte Forschungsbereiche:
1) Meereisprozesse und saisonale Entwicklung
- Quantifizierung von Veränderungen der Meereisdicke, Oberflächenrauigkeit und Schneebedeckung vom Spätwinter bis in die Schmelzsaison
- Untersuchung der Bildung und Entwicklung von Schmelztümpeln sowie deren Einfluss auf Energiebilanz und Schmelzen des Meereises
- Analyse von Deformationsprozessen
- Verbesserung satellitengestützter Produkte und Modellansätze durch hochaufgelöste luftgestützte Beobachtungen
2) Permafrost, Schneedynamik und Küstenprozesse
- Erfassung der Schneeverteilung, des Schmelzzeitpunkts und der Oberflächenhydrologie in Tundra- und Küstengebieten
- Quantifizierung von Permafrostauftauen, Bodensetzungen und Küstenerosion mittels wiederholter hochaufgelöster Kartierungen
- Untersuchung von Thermokarstprozessen, Gewässerdynamik und Landschaftsveränderungen an ausgewählten Schlüsselstandorten
- Verknüpfung von Schnee- und Oberflächenbedingungen mit thermischen Regimen des Permafrosts und Auftauprozessen
3) Austauschprozesse zwischen Oberfläche und Atmosphäre sowie Treibhausgase
- Quantifizierung von Flüssen von Methan (CH₄), Kohlendioxid (CO₂) und Energie zwischen Land, Ozean und Atmosphäre
- Erfassung früher saisonaler Emissionspulse im Zusammenhang mit Schneeschmelze und Eisaufbruch
- Analyse der räumlichen Variabilität und Repräsentativität von Flussmessungen in heterogenen arktischen Landschaften
- Verbesserung regionaler Kohlenstoffbilanzen und Einschränkung klimarelevanter Rückkopplungen
Zusammenfassend wird REVISIT hochaufgelöste Multi-Sensor-Datensätze liefern, die Prozesse über verschiedene Skalen hinweg verknüpfen und eine wichtige Grundlage für die Validierung einer Vielzahl von Satellitenmissionen bilden.
