13/03 – l’Alè de l’Oceà: Ciència Atmosfèrica

Canvi de plans. Fugim de la tempesta.

La setmana passada dèiem adéu a la banquisa del mar de Weddell i començàvem a navegar direcció nord cap a les illes Òrcades del Sud. Un trajecte a mar obert d’aproximadament 36 hores, sempre que el barco pugui mantenir una velocitat adequada. 

El cas és que la primera nit ha sigut força moguda, més que cap altra des que vam embarcar a Punta Arenas, i amb vents forts que venien de proa (és a dir, en contra nostre). En la fosca, amb mala mar, vent en contra i encara en zona de possibles icebergs, l’Hespérides ha navegat a només 3-4 nusos durant tota la nit. Al matí, el capità i el cap científic de l’expedició han valorat la situació i han decidit fer mitja volta, ja que la previsió és que el temporal empitjori al dia següent, i ens hauríem hagut d’arrecerar. Per la megafonia del vaixell se sent: “A son de mar. El barco se va a atravesar a la mar”. Adéu a les Òrcades. Pròxima estació: base argentina Marambio.

Les dones de Polar Change

L’any 1984 la Pepita Castellví i la Marta Estrada, dues investigadores de l’Institut d’Investigacions Pesqueres (l’actual Institut de Ciències del Mar) van ser pioneres de les expedicions científiques a l’Antàrtida. En aquell moment la presència de dones en la recerca polar era una raresa. Avui som 15 les científiques que participem en aquesta expedició de 23 persones. Per a algunes, com la Dolors, és la novena expedició antàrtica i la 13 expedició polar. Per a d’altres és la primera vegada. Les dones hem guanyat presència però seguim reivindicant el nostre lloc i els nostres drets.

El 8 de març de 2023, Dia Internacional de la Dona, les dones de Polar Change tenim molt presents totes les dones del mon que no poden treballar ni viure en llibertat. Aquest és el nostre petit acte reivindicatiu.

48 hores de mesures davant la base Marambio

Durant aquests dies hem centrat els esforços en dos objectius. Per una banda, hem continuat fent experiments amb les olles que us vam explicar en el darrer post. Hem experimentat amb l’aigua de l’oceà, amb el gel marí o bé afegint zooplàncton o virus de les zones per on naveguem. Ha estat un ritme de feina frenètic; acabant un experiment i començant el següent, non-stop!!

Per altra banda hem tingut molt en compte buscar les zones més adequades per prendre dades atmosfèriques. És per això que ens hem situat prop de la base argentina Marambio: la Lauriane, una científica francesa que treballa a Finlàndia i que té també un peu a Argentina, està comparant les dades atmosfèriques que detectem des del barco amb les que estan prenent els seus col·laboradors de la base Marambio. L’objectiu és determinar si les mesures preses des de Marambio podrien estar alterades pels aerosols que desprenen les colònies de pingüins properes a la base. Des de l’Hespérides, lluny de terra i situats en diferents orientacions respecte Marambio, podem prendre mesures de l’aire evitant la possible interferència dels pingüins, i per tant podem estar segurs que les mesures atmosfèriques provenen únicament de l’oceà.

D’aquesta comparació de mesures preses en un mateix moment per diferents instruments se’n diu experiment d’intercalibració.

Ciència atmosfèrica a l’Antàrtida

El Rafel Simó és un dels dos investigadors principals del projecte Polar Change i ens explica per què, ara i aquí, estem investigant sobre l’oceà, el gel marí i la formació dels núvols.

Perquè es formi un núvol, no només cal que l’aire estigui supersaturat de vapor d’aigua, cal també que hi hagi partícules que permetin que el vapor condensi en forma de gotes en suspensió. D’aquestes “llavors” de núvol, tant les que acaben formant gotes com les que no, en diem aerosols.

Els humans som uns grans emissors d’aerosols. Sobre els oceans més allunyats, però, els aerosols provenen sobretot de la sal del mar i de l’activitat del plàncton.

Si no entenem bé com es formen els núvols que filtren el sol, i com s’han format al llarg de la història pre-humana de la Terra, difícilment podrem fer bones prediccions del ritme de l’escalfament global. Això és el que motiva el projecte Polar Change que ens ha dut a l’Antàrtida.

Fem mesures dels aerosols a partir d’una presa d’aire situada a dalt de tot del vaixell, de cara a proa, i recreem petits oceans i atmosferes artificials en què simulem el trencar de les onades a alta mar.

I el gel marí? Doncs resulta que quan el mar es gela a l’hivern, el gel expulsa la sal i forma, a l’interior, petits canals de salmorra que no es congelen. Aquí hi creixen gran varietat de microorganismes; amb el desglaç, aquests microorganismes i la matèria orgànica que produeixen per resistir les baixes temperatures, s’alliberen al mar.  Volem saber si també son una font d’aerosols.

Ja ho veieu, vivim en un planeta en què tot està connectat. Ja cal que ho entenguem, alhora de situar-nos, individualment i col·lectiva, al món.

Qui fa què a Polar Change

Ara us farem un breu recorregut per la feina que fan tots i cadascun dels científics embarcats que estudien la interacció entre l’oceà i l’atmosfera en el marc del projecte POLAR CHANGE. Ens ho expliquen ells i elles mateixos.

En David ha vingut a l’Hespérides amb el seus sofisticats aparells per mesurar la mida, l’abundància i la composició química dels aerosols. Ens explica: 

Em dic David Beddows i treballo al National Center for Atmospheric Science de la Universitat de Birmingham. Treballo amb instruments científics que són capaços de mesurar les partícules molt petites de l’atmosfera, per exemple, les que veus surant a l’aire quan un feix de llum passa per les cortines del teu dormitori a primera hora del matí.

Tinc el privilegi de formar part del projecte Polar Change a l’Antàrtida per ajudar a entendre com els microorganismes del mar produeixen partícules molt petites que van a l’atmosfera, i analitzar de què estan fetes. Aquestes partícules creixen de mida i després formen els núvols que veiem al cel, igual que quan, en un matí fred, fem una exhalació i veiem que el nostre alè forma una boira davant nostre. Curiosament, aquí al vaixell, si l’aire és net no podem formar aquestes boires quan exhalem, però sí que es formen quan estem a prop de la sortida de fums del vaixell! Això és perquè calen partícules, “llavors” que actuïn com a nuclis de condensació. De la mateixa manera, la superfície del mar exhala partícules a causa de l’activitat dels microorganismes i forma boires o núvols al cel. És aquest procés el que m’interessa investigar quan faig servir els meus instruments.

La Laurine i en David fan recerca amb aparells semblants. La Lauriane ens explica el que fa:

Soc la Lauriane Quéléver, vaig estudiar química i em vaig doctorar en ciències atmosfèriques; treballo a la Universitat de Helsinki.

Estudio els aerosols, que son difícilment visibles a ull nu. Aquestes partícules suspeses a l’aire poden afectar el clima tot reflectint la llum del sol, i encara més si actuen com a nuclis de condensació de núvols, quan aconsegueixen tenir la mida necessària. En llocs tan remots com l’Antàrtida, les fonts d’emissions dels gasos que formaran aerosols es restringeixen al mar i al gel i, quan n’hi ha, també a les colònies de pingüins. A l’expedició Polar Change tenim instruments mesurant en continu la concentració de gasos i d’aerosols -amb les seves mides respectives-. Entre la varietat de gasos que mesurem, hi ha l’olor del mar, àcids, compostos oxigenats o amines, tots ells ingredients necessaris perquè es formin nous aerosols. Durant la campanya hem observat diferències en la composició de l’atmosfera a una banda i l’altra de la península Antàrtica. A l’oest, hem trobat concentracions molt elevades d’àcids de sofre provinents de l’olor del mar. A la banda est, ens han aparegut àcids de iode, que estan més relacionats amb el gel. Tots dos tipus de compostos ajuden a la formació d’aerosols i, per tant, a la formació de núvols.

Soc el Sive Xokashe, soc químic i estic començant el meu doctorat en Ciències Atmosfèriques a la Universitat de Ciutat del Cap (Sudàfrica). A l’expedició Polar Change faig servir un instrument que filtra grans volums d’aire i en captura les partícules –aerosols-. Quan tornem a casa, les analitzem al laboratori per conèixer-ne la composició, el contingut en nitrogen i oxigen i el pH. Aquestes dades ens donen informació sobre quines son les principals fonts dels òxids del nitrogen (NOx), unes de les molècules més actives per a l’oxidació de gasos a l’atmosfera. A les ciutats, la contaminació del trànsit produeix molts NOx, però en aquest aire tan net dels mars antàrtics no sabem ben bé d’on surten. I és important, perquè aquests compostos acceleren la formació d’aerosols a partir dels gasos del plàncton.

L’Ian Crawford, de la Universitat de Manchester, fa recompte dels bioaerosols. I això què és? Us hem anat explicant que els aerosols son petites partícules suspeses a l’aire, fetes de sal del mar, matèria orgànica, productes d’oxidació de gasos… Doncs resulta que també hi ha éssers vius, cèl·lules repetites. Bacteris, virus, espores de fong, alguna alga que ha aixecat el vent. D’això en diem bioaerosols. Els aparells de l’Ian els reconeixen gràcies a la fluorescència especial de la matèria de la vida.

La Jiyeon Park i el Yeontae Gim son dos investigadors del Korean Polar Research Institute (KOPRI). Tenen tota mena de sensors que mesuren la mida, l’abundància i la composició de les partícules que es produeixen en la imitació del trencar de les ones que fem a les olles experimentals que us vam ensenyar en el post anterior. A més, tenen un aparell que imita la formació de núvols: posa aire amb una humitat controlada, hi fa passar els aerosols que produïm a les olles, i veu si els aerosols son bons formant gotes de núvol. Us ho imagineu? No només reproduïm artificialment l’efecte de les onades a alta mar, també reproduïm la formació dels núvols!

Em dic Leah Williams i treballo per una petita empresa anomenada Aerodyne Research, a Boston, Estats Units. La meva empresa fa recerca atmosfèrica i també dissenya, construeix i comercialitza els aparells científics per a fer les mesures atmosfèriques. A Polar Change estic utilitzant dos instruments que mesuren els compostos químics de l’aire. Un d’ells, que anomenem Vocus, mesura els gasos molt lleugers que produeix el plàncton i exhala l’oceà. Ep, i que també deixen anar les activitats humanes, quan som prop de costes habitades. Un cop a l’aire, aquests gasos reaccionen amb l’oxigen, l’ozó, els NOx i altres oxidants, i es formen compostos més pesats, que puc mesurar amb un segon aparell, l’ABC. Són aquests compostos més pesats els que poden trobar-se, interaccionar entre ells, i formar els famosos aerosols.  

La Christina Breitenstein (de TROPOS, Alemanya) i la Theresa Barthelme (de GEOMAR, Alemanya) prenen mostres de la microcapa superficial del mar. És com la pell del mar, les primeres dècimes de mil·límetre d’aigua, les que estan més en contacte amb l’atmosfera. Segons quines condicions de mar hi ha, en aquesta microcapa s’hi acumulen microorganismes i matèria orgànica, i per aquí han de passar els gasos que el mar emet a l’atmosfera. La Christina i la Theresa analitzen els sucres i les proteïnes que hi ha a la pell del mar, i l’equip de l’ICM hi comptem i identifiquem els microorganismes.

L’Odile Crabeck i la Sofia Muller, ambdues de la Universitat de Liège (Bèlgica) son les nostres expertes en gel marí. Incansables, foraden el gel i ens el porten per tal que estudiem els organismes que hi viuen i els gasos que generen. Elles, a més, estan provant aparells nous per mesurar el CO₂ que el gel intercanvia amb l’atmosfera.

La Karine Sellegri i el Guillaume Chamba, del CNRS (França), han muntat uns tancs a la popa del barco, que son semblants a les nostres olles però molt més grans i sense l’efecte de trencament de les onades. L’aigua del mar hi entra, hi surt i, en el temps que és dins del tanc, deixa anar els gasos del plàncton que ells dos mesuren amb aparells instal·lats al costat mateix. Volen reproduir el mar tranquil i una petita atmosfera on puguem observar el mateix que passa a l’atmosfera real.

I, és clar, també hi som la resta d’investigadores i investigadors de l’ICM:

Em dic Charel Wohl i treballo com a investigador postdoctoral a l’Institut de Ciències del Mar, a Barcelona. La meva feina se centra en mesurar gasos produïts per microorganismes del plàncton i que es troben dissolts a la superfície de l’oceà. Els mesuro amb un espectròmetre de masses, al qual li arriba l’aigua del mar a través d’un sistema que la bombeja fins a l’aparell. Aquests gasos, un cop emesos des de l’oceà, s’oxiden i formen partícules molt petites, els aerosols. Això facilita la condensació de l’aigua i, per tant, la formació de núvols. L’efecte refredant dels núvols representa la incògnita més gran dels models de predicció de l’escalfament climàtic. Què passarà amb els núvols, en escalfar-se el planeta? Mirem d’entendre-ho. L’objectiu del nostre treball aquí és investigar com la microbiologia oceànica controlava l’atmosfera a l’època preindustrial, un punt de partida necessari amb el qual comparar els models del canvi climàtic que causem els humans.

La Queralt, que fa la tesi doctoral, i el Rafel, un dels dos coordinadors del projecte, fan experiments per estudiar si l’excés de llum, que perjudica el fitoplàncton, provoca que se’l mengin més o menys. A més, contínuament ens informen del nivell d’estrès del plàncton en aquestes aigües. Penseu que sovint li falta llum, o li’n sobra, o li falta ferro.

La Dolors i l’Eli recullen mostres per comptar i identificar el petits flagel·lats, bacteris i virus del plàncton. I concentren grans quantitats de virus per fer-los servir en experiments de mortalitat de plàncton a les olles.

L’Elisa i la Magda son les expertes en fitoplàncton. Compten i identifiquen les espècies d’aquesta part fonamental de l’ecosistema: les microalgues que fan la fotosíntesi. Tota la caracterització biològica del plàncton és imprescindible per entendre el paper de la vida marina en la formació dels aerosols.

L’Ana i l’Ari són les reines de les olles, elles coordinen tots els experiments amb l’aigua de mar, el gel, els virus i el zooplàncton. També participen en la majoria de sortides en zodiac per recollir l’aigua de mar que fem servir per omplir les olles.

El Manuel és el cap de campanya, el màxim responsable de coordinar i empènyer tot aquest equip multidisciplinari. Cada vespre, a les 20:30, ens reuneix a la sala de científics i oficials en els ja famosos “20.30 Glorious meetings” per avaluar com ha anat el dia i organitzar tota la feina per l’endemà.

Polar Change és un equip divers en especialitats (multisiciplinari), nacionalitats i llengües. Això és una gran riquesa que permet interaccions científiques molt interessants amb un objectiu final comú: aportar el nostre granet de sorra en la comprensió de les interaccions entre l’oceà, el gel marí i l’atmosfera per tal d’afinar els models que han de predir l’evolució del clima del planeta.

Nosaltres, els científics, aportem les dades i ajudem a entendre i a predir.

És cosa de totes i tots canviar les coses per frenar el canvi climàtic i alhora fer un món més just.