mini|hochkant=1.2|Der Standort der MOSAiC-Zentralobservatorien während ihres Betriebs in den Jahren 2019–2020 mini|hochkant=1.2|Wissenschaftler vor der Polarstern (September 2019) Die MOSAiC-Expedition (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, „Multidisziplinäres Driftobservatorium zur Untersuchung des Arktisklimas“) war eine einjährige, internationale Expedition in die zentrale Arktis, angeleitet vom deutschen Alfred-Wegener-Institut (AWI).
Die Kern-Expedition fand von September 2019 bis Oktober 2020 statt. Erstmals wurde mit einem modernen Forschungseisbrecher die direkte Umgebung des Nordpols auch im Winter und Frühjahr erreicht. Gemessen an der aufwendigen Logistik, der Gesamtanzahl an Teilnehmern, der Anzahl der teilnehmenden Länder und einem ursprünglich zur Verfügung stehenden Budget in Höhe von 140 Millionen Euro war die MOSAiC-Expedition die bisher größte Forschungsexpedition in die Arktis. 50 Prozent der Kosten wurden aus dem Etat des Bundesforschungsministeriums (BMBF) gedeckt. Mehrkosten liefen durch die nicht geplante Rückfahrt der MS Polarstern wegen notwendig gewordener Maßnahmen zum COVID-19-Pandemieschutz auf.
Das zentrale Expeditionsschiff, der Forschungseisbrecher Polarstern des AWI, wurde dabei von Versorgungs- und Unterstützungsoperationen der russischen Eisbrecher Akademik Fedorov, Kapitan Dranitsyn, Akademik Tryoshnikow und Admiral Makarov sowie den beiden deutschen Forschungsschiffen Sonne und Maria S. Merian unterstützt. Weiterhin waren Flugzeuge und Helikopter mit in den Einsatz inbegriffen. Insgesamt waren während der Expedition über mehrere Phasen verteilt mehr als 600 Personen in der zentralen Arktis tätig. Die internationale Expedition mit mehr als 90 teilnehmenden Institutionen aus 20 Nationen wurde vom AWI geführt und stand unter der Leitung des Physikers Markus Rex. Das Ziel von MOSAiC war nach eigenen Angaben, die komplexen und nur unzureichend verstandenen Klimaprozesse der zentralen Arktis zu untersuchen, die Darstellung dieser Prozesse in globalen Klimamodellen zu verbessern und so zu verlässlicheren Klimaprognosen beizutragen.
Zur umfangreichen medialen Verwertung der Expedition schloss das AWI eine Vereinbarung mit der Bertelsmann Content Alliance.
Missionshintergrund und Ziele mini|Die Polarstern (Oktober 2019) mini|Eisbären untersuchen das Camp der Expedition (Oktober 2019) mini|Die Polarstern (September 2019) + Factsheet MOSAIC Expedition Dauer über 300 Tage (Kernexpedition) Beteiligte über 600 (in Schichten auf dem Schiff Polarstern sowie auf den Versorgungsschiffen) aus 82 Forschungsinstituten und Staatsunternehmen 300 in der Organisation, davon 59 Prozent Frauen bei den Führungskräften Kosten mehr als 140 Mio. € 200.000 €/Tag Zurückgelegter Weg 16.232 km (Hafen Tromsø-Bremerhaven) davon ca. 3.400 km Eisdriftfollow.mosaic-expedition.org Energieverbrauch Polarstern ca. 9.900 Tonnen DMAawi.de bei den weiteren vier Eisbrechern unbekannt
Im Winterhalbjahr ist das arktische Meereis zu dick, um von Forschungseisbrechern durchbrochen werden zu können. Daten aus der Zentralarktis fehlen daher insbesondere im Winterhalbjahr nahezu vollständig. Das Vorbild der MOSAiC-Expedition zur Erreichung der Zentralarktis im Winter ist Fridtjof Nansens Expedition mit dem hölzernen Forschungsschiff Fram in den Jahren von 1893 bis 1896 (siehe Nansens Fram-Expedition). Diese hat die Möglichkeit aufgezeigt, ein Schiff, fest eingefroren in das Meereis der zentralen Arktis, über die Polarkalotte driften zu lassen, allein angetrieben durch die natürliche Bewegung des Eises in der Transpolardrift. Nansens Drift-Experiment mit der Fram gelang, und viele der wissenschaftlichen Messungen und Erkenntnisse der Fram-Expedition waren trotz der damals beschränkten Mittel für viele Disziplinen wegweisend. Nansen schrieb darüber unter dem Titel "Fram over polhavet" mehrere Bücher und erhielt zahlreiche Auszeichnungen. Die MOSAiC-Expedition begab sich erstmals mit einem modernen Forschungseisbrecher auf die Spuren der Fram, der mit umfangreichem wissenschaftlichem Instrumentarium zur Untersuchung komplexer Klimaprozesse ausgestattet ist.
Ähnliche Drift-Versuche fanden in der modernen Wissenschaft bereits statt, jedoch in wesentlich kleinerem Umfang. In den 1990er hatte sich der Eisbrecher Des Groseilliers der Royal Canadian Coast Guard im Meereis einschließen lassen und die Forschungsstation SHEBA (Surface Heat Budget of the Arctic Ocean) errichtet. Der französische Segelschoner Tara wurde im Winter 2006/2007 von Meereis eingeschlossen und trieb aus der Ostsibirischen See bis in die Framstraße. 2015 unternahm die Lance des Norwegischen Polarinstituts ebenfalls eine solche Drift-Expedition.
Vorbereitungs-Kampagne Erfahrungen für die Kampagne wurden beim bislang längsten kontinuierlichen Betrieb einer Eisstation unter deutscher Leitung im Jahr 2017 gesammelt. Zwei Wochen lang machte der Forschungseisbrecher Polarstern an einer Eisscholle fest und ließ sich mit ihr durch die Arktis treiben. Aus dieser „kleinen Drift“ konnten wissenschaftliche und logistische Erfahrungen für die große einjährige Eisdriftkampagne MOSAiC gewonnen werden. Logistische Erfahrungen mit dem Zusammenspiel der verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen Atmosphärenphysik, Biogeochemie, Ozeanographie, Umweltphysik und der organismischen Biologie wurden dabei gesammelt. Geleitet wurde die Kampagne von Andreas Macke vom Tropos Leibniz-Institut für Troposphärenforschung.
Verlauf Das Rückgrat der Arbeit der MOSAiC-Kampagne war die ganzjährige Drift der Polarstern durch die zentrale Arktis. Die Polarstern brach dazu am 20. September 2019 im norwegischen Hafen Tromsø zusammen mit der Akademik Fedorov auf. Sie fuhr entlang der sibirischen Küste nach Osten, nahm bei etwa 120° Ost Kurs auf Nord und suchte sich einen Weg in das zentrale arktische Meereis, was zu dieser Jahreszeit noch möglich war. Bei etwa 85° 4,582′ Nord und 134° 25,769′ Ost wurden die Maschinen der Polarstern am 6. Oktober in Leerlauf versetzt. Das Schiff ließ sich fest in das Meereis einfrieren und driftete rund 3400 Kilometer durch die Arktis. Ohne eigenen Antrieb kam die Expedition etwa 12 Kilometer am Tag voran (weit schneller als berechnet). Neben dem Schiff wurde ein umfangreiches Forschungscamp auf dem Meereis errichtet. Die Akademik Fedorov brachte unterdessen in einem Abstand von bis zu 50 km ein Netzwerk von Beobachtungsstationen auf dem Eis aus. Dieses Stationsnetzwerk besteht aus autonomen und ferngesteuerten Instrumenten, die mit Hilfe von Helikoptern regelmäßig von der zentralen Polarstern aus angeflogen werden. Für Notfalloperationen waren Langstreckenhelikopter in Flügen über eigens ausgebrachte Treibstoffdepots auf den nördlichsten sibirischen Inseln phasenweise in der Lage, die Polarstern während der Expedition zu erreichen.
Nach einer letzten Übergabe von Treibstoff fuhr die Akademik Fedorov am 19. Oktober zurück nach Tromsø. Die Polarstern driftete nun mit der natürlichen Eisdrift mit dem umliegenden Netzwerk an Forschungsstationen über den Nordpolbereich, um weniger als ein Jahr später die Framstraße zu erreichen. Anfang Herbst 2020 verließ sie das Eis wieder. Anfänglich und dann wieder ab Sommer 2020 hatten die Eisbedingungen noch eine Versorgung und Austausch von Expeditionsteilnehmern durch die MOSAiC-Partnereisbrecher erlaubt. So erreichte der Eisbrecher Kapitan Dranitsyn am 16. Dezember 2019 die Polarstern für einen Austausch von rund 100 Mitarbeitern der an der Expedition beteiligten Personen, womit Fahrabschnitt 2 eingeleitet wurde. Der zweite Austausch des Forschungsteams erfolgte ab dem 28. Februar 2020, als abermals die Kapitan Dranitsyn zur Polarstern vorstieß. Besonders festes Meereis hatte die Anfahrt des Versorgungseisbrechers zuvor tagelang verzögert. Während der folgenden Phase bis Mitte Juni erlaubte das Meereis jedoch keinen Vorstoß von Versorgungseisbrechern.
Während des Zeitraums März und April 2020 sollten nach Expeditionsplanung die AWI-Forschungsflugzeuge Polar 5 und Polar 6 auf einer neben dem Schiff auf dem Meereis errichteten Landebahn landen und die Messungen der Expedition großräumig ergänzen. Weiterhin sollte die Meereislandebahn auch für den Austausch von Expeditionsteilnehmern genutzt werden. Da die Versorgungsflüge aber via Spitzbergen geplant waren und diese Inselgruppe aufgrund der COVID-19-Pandemie und der beschränkten medizinischen Einrichtung vor Ort abgeriegelt wurde, mussten die geplanten Flüge abgesagt und verschoben werden. Damit war eine Versorgung der Expedition aus der Luft via Spitzbergen (norwegisch Svalbard) nicht mehr möglich. In Zusammenarbeit des BMBFs, der Koordinierungsstelle der deutschen Forschungsschiffe und der DFG konnten kurzfristig die beiden deutschen Forschungsschiffe Sonne und Maria S. Merian am 18. Mai 2020 mit neuer Mannschaft, Proviant und Treibstoff und weiterem Material Bremerhaven verlassen und für den nächsten Austausch von Team und Fracht Kurs auf Spitzbergen nehmen. Die Polarstern unterbrach Mitte Mai 2020 ihre Drift im Meereis und fuhr zurück Richtung Spitzbergen. Dort traf sie die beiden deutschen Forschungsschiffe im Adventfjord nahe Longyearbyen; sie tauschte dort Mannschaft und Material aus. Während dieser Phase dokumentierten autonome Messgeräte, ausgebracht und zeitweise zurückgelassen auf der „MOSAiC-Eisscholle“, weiterhin die Entwicklungen vor Ort. Am 17. Juni 2020 war die Polarstern zurück an der Eisscholle, um ihre Drift mit dem Meereis fortzusetzen. Stürme rissen die Scholle zwar immer wieder auseinander, doch ebenso schnell froren die Fragmente wieder zusammen. Ende Juli 2020 zerbröselte das Eisstück endgültig. Auswertungen zeigten, dass sich die Eisscholle im Dezember 2018 im Flachwasserbereich der russischen Schelfe gebildet hatte. Bei der Beweisführung halfen unter anderem Steine und Muscheln, die sich auf der Scholle fanden: Sie stammten aus Sedimenten russischer Flüsse.
Trotz der coronabedingten Absagen der Forschungsflüge im April 2020 waren weitere Forschungsflüge für den Sommer 2020 geplant. War die Polarstern während ihres Eisdrifts dem Nordpol Ende Februar mit ca. 150 Kilometer am nächsten gekommen, fuhr die Expedition im August (diesmal mit Motorkraft) innerhalb von sechs Tagen direkt zum Pol und erreichte diesen am 19. August um 12:45 Uhr deutscher Zeit. Da das Eis dort ungewöhnlich „weich und löchrig“ war, konnte die Expedition eine beschriftete Stahlplatte im Meer versenken. Anschließend fuhr die Polarstern Richtung Sibirien, um dort im Meer den Jahreszyklus des Eises zu beobachten. Am 20. September 2020 trat die Polarstern den Heimweg mit Ziel Bremerhaven an. Am 12. Oktober 2020 kam sie dort an. Die Auswertung der aus der Expedition gewonnenen Daten hatte schon zuvor begonnen.
Während ihres Aufenthalts verbrachte die Expedition rund 150 Tage in Dämmerung und Dunkelheit, an 56 Tagen hatten sie mit Starkwind zu kämpfen. Insgesamt mehr als 60 Mal wurden Eisbären in der Nähe des Schiffes gesichtet.
Politischer Hintergrund Die Expedition fand im Kontext einer gesamtgesellschaftlichen Diskussion um Klimawandel und Klimaschutzmaßnahmen statt. Wissenschaftler und Geldgeber begründen ihre Notwendigkeiten unter anderem damit, dass durch sie neue Daten für künftig bessere politische Entscheidungen gewonnen würden. Deshalb seien laut Aussage von Bundeswissenschaftsministerin Anja Karliczek die Klimaforscher „die Helden unserer Zeit“. Sie verwies darauf, dass man mit mehr Daten über die Arktis im deutschen Klimaschutz aktiv werden könne: „Es ist also in unserem höchsten Interesse, die Arktis zu erforschen. Nur wenn wir wissen, wie sich das Klima in der Arktis entwickelt, sind wir in der Lage, auch bei uns in Deutschland Vorsorge gegen Klimaveränderungen zu treffen und effektiv dem Klimawandel entgegenzuwirken.“