Mission caméléon! /Chameleon mission

En Français ci-dessous!

In English:

On this Monday 24th of April at 6:30, the sun was still far from us, but the Belgian team was more than ready and enthusiast to go on the ice for the first long ice station. Unfortunately, the weather had decided otherwise. The wind was blowing very strongly decreasing the wind chill temperature to below -50°C. That was definitely enough for the Captain not to allow us to go on the ice. After this early wake-up, we were a bit frustrated to start our tasks of the day in the lab while looking at the beautiful ice sceneries outside. Luckily, the next day, the wind had decided to let us some rest allowing the wind chill to increase to up to -45°C and above, so we obtained the permission to go down on the ice.

The first challenge for the captain and the chief scientist was to find a large ice flow where the ship could stop without drifting and breaking badly the ice around him. The ice conditions vary largely from one area to the other (see picture), so it is definitely not easy to find the appropriate place to stop especially while searching in the dark (see picture). To perform good ice drilling, we need flat surfaces and we need to be as far as possible from the ship to avoid contamination. As soon as a good spot was found, Ben the field technician went on the ice with his skies to measure the ice thickness and make sure we can walk and transport our material safely over the area (see picture). He has been very efficient as all the other technicians on board and that allowed us to work quite quickly on the ice. We are very lucky with the science support team on this cruise!

While Ben was testing the ice, we were preparing to go for a long day/night on the ice. To keep our selves warm, we need to wear many layers of cloth thus it takes quite some time to dress up. Most of the time, we wear one or two layers of thermal underwear, a thick pullover or fleece coat, an extra jacket (for those who are more easily cold), ski pants and a mustang suit (flotation overall). The disadvantage of the mustang suit is that it takes a lot of volume, but it is not very warm hence some people decide to wear their own thick expedition jacket (Canada Goose type) and to wear another kind of flotation above it. I do not often feel cold except for my fingers and nose, so I make sure to have my face fully covered and to use good gloves, but thin enough to manipulate the ice.

As soon as we were ready, we transported our material from the ship to our ice location about 1km away from the ship to prevent sample contamination. When we got there, the first thing we had to do is to dress up in our chameleon outfit to become invisible in the ice (see photos)! In fact, we have to wear this white suits, because Jeroen is measuring the concentration of trace metal in the snow, water and ice and these concentrations are so small that the smallest adding of metal from the ship would make his results impossible to interpret.

You may wonder why we are measuring metals in the ice? What is the link between metals and climate research?

The link is much stronger than you can imagine. Indeed, these dissolved trace metals (e.g. iron, cobalt, zinc, manganese) in the ocean play a crucial role on our climate. There are essential compounds that enhance the growing and development of algeas in the ocean, because they play a crucial role on the photosynthesis. These algeas are absorbing atmospheric CO₂ making its concentration decrease in the atmosphere and regulating the greenhouse effect. Without these algeas, the CO₂ concentration in the atmosphere would be much larger and life (as we know it today) would not be possible on Earth because of too high temperatures.

Dusts from the continents (e.g. from volcanoes, deserts) are the main sources of trace metals. They fly and fall at the ocean surface, dissolve and slowly sink towards the ocean bottom. The Southern Ocean is known to have a lack of trace metals, because it is far from the continents. However, since some years, we know that dissolved trace metals from the seabed are under certain conditions coming up towards the surface to be trapped and concentrated in the sea ice when it forms in the winter. This means that when sea ice melts partly in the spring, it releases large amount of trace metals enhancing algeas formation thus the CO₂ pump. In the context of climate change where sea ice formation might be restrained in Antarctica (in the Arctic it is already the case), the CO₂ pump could be deemed if the concentrated trace metals present in the ice would not be released anymore in the spring to form algeas. So in short less Antarctic sea ice could mean more CO₂ in the atmosphere!

On the other hand, in this region, icebergs are bringing large amount of trace metal from the Antarctic continent and that enhances algeas formation and the CO₂ pump. So continental ice melting could be a good thing for the greenhouse effect if we forget that it would acidify the ocean and make the sea level rise. So more continental ice melting could mean less CO₂ in the atmosphere.

The melting of sea ice and continental ice might therefore have an opposite influence on the greenhouse effect, but this is still poorly understood and quantified. Jeroen has thus a lot of work to do during this expedition and we are glad to help him in wearing our white suits, even though they are not so comfortable.

After being all dressed-up in white, the ice drilling work could start. Some holes were made to measure different parameters in the ice or to sample underlying water for further analyses. Other drillings were performed to retrieve numerous ice cores (30 holes and 17 ice cores retrieval). In the same time, Fanny and Bruno were making CO₂ flux measurements directly on the ice. Pretty quickly the sun went to sleep bringing some degree Celsius with him and abandoning us to our small lights and to the lights of the ship far away. The sunset on the Antarctic mountains far in front of us was without a doubt one of the nicest scenery I have ever seen. It made me feel incredibly peaceful and lucky to be there even though the harsh conditions.

After 12h of station, everyone came back on board, but it was time for some us to start the filtrations and measurements of the samples we brought back, so this very long day was not finished. After all of that, in the early morning the next day, we finally were able to go to sleep for a short, but resting night. During the next days, we have been working hard in the lab to measure the samples, but I am the lucky one since my machines are working good now and most of my work on the ice sample will have to take place back in our lab in Belgium. I therefore found the time to write this article and I hope you will have found it interesting.

Today, (Friday 28^th), we are waiting for our next station eager to go back on the ice, but the weather will take the decision. I let you appreciate the beauty of Antarctica with a few photos and I wish you a wonderful week-end. Big thanks to my dear friend Hanneke for taking care of posting all these articles for me since I cannot do it because of the poor internet connection here.

Thanks for following us and do not hesitate to write to me/us: celia.sapart.guest(a)nbp.usap.gov (replace (a) by @).

All the best,

Célia

En Français

Ce lundi matin 24 avril à 6h30, le soleil était encore loin de nos latitudes alors que l’équipe belge était prête et enthousiaste à l’idée de partir pour sa première longue station sur la glace. Malheureusement, la météo en avait décidé autrement, car des vents de plus de 80km/h soufflaient et faisaient descendre la température ressentie au-dessous de -50°C. Cela a rapidement décidé le capitaine à nous interdire l’accès à la glace et nous a donc laissé d’humeur un peu lasse. C’est donc assez frustrés après un réveil aux aurores que nous nous sommes mis à nos tâches quotidiennes et à notre travail de laboratoire. Mais le matin suivant, le vent était apaisé et la température ressentie en dessous des -45°C ce qui nous a permis d’avoir le feu vert des chefs pour sortir.

Le premier challenge fut de trouver un endroit suffisamment tranquille pour que le bateau puisse y séjourner sans risquer de dériver et de briser les plates-formes sur lesquelles nous allions travailler. Nous sommes à plus de 70°S de latitude, donc les heures de jours sont comptées et c’est dans la nuit grâce aux puissants phares du bateau que l’investigation a commencé.

Vue depuis le pont à la recherche d’une bonne plate-forme de glace pour notre première longue station sur la glace/ View from the bridge when we started to look for a good ice flow for our first long ice station

Les paysages varient beaucoup d’un endroit à l’autre. Les plateformes de glace se brisent et se chevauchent parfois, comme le montre la photo ci-dessous.

Paysage de glace au levée du soleil avec vue sur les montagnes du continent Antarctique /Ice scenery at the sunrise with the Antarctic mountains on the background

Pour faire du forage de glace, nous recherchons des zones planes et pour éviter toute contamination, nous devons nous éloigner le plus possible du bateau (à 1km environ). L’idéal est donc de pouvoir s’arrêter sur une grande plateforme bien solide. Il nous fallut plusieurs heures pour trouver une telle plateforme et pour que le bateau se stabilise. Dès que ce fut chose faite, Ben, le technicien responsable des stations glace est parti à ski en éclaireur pour mesurer l’épaisseur de glace sur toute la zone de recherche et pour identifier les trous et dangers potentiels.

Ben, le technicien responsable des stations glace, en train de vérifier l’épaisseur de la glace/ Ben, the field technician, verifying the ice thickness before the ice station deployment

Pendant ce temps là, nous nous préparions à passer de nombreuses heures sur la glace. Il nous faut un certain temps pour enfiler toutes les couches d’habits nécessaires pour supporter le froid ambiant. En ce qui me concerne, j’ai rarement froid au corps, donc je mets une couche de sous-vêtements thermiques, une veste polaire, un pantalon de ski et par dessus tout cela la combinaison flottante obligatoire pour travailler sur la glace. Mais par contre, je fais très attention à bien protéger mes extrémités (pieds, mains, oreilles et le nez), car elles sont les plus exposées au risque d’engelures et j’en ai déjà fait les frais. Au niveau de la tête, une cagoule en laine fine, un épais tube autour du coup qui arrive jusqu’au nez, puis un bandeau sur les oreilles avec un bonnet par-dessus. Nous portons aussi des masques pour protéger nos yeux du vent. La combinaison flottante est encombrante, mais pas très chaude, donc Fanny et Bruno ont décidé de porter leurs vestes d’expédition et des gilets de sauvetage à la place. Ils sont de ce fait un peu moins énormes que les autres. Le désavantage des gilets est que si l’on tombe sous la glace, ils doivent être activés pour assurer la flottaison alors que les combinaisons flottent sans activation.

Fanny et moi avant notre première longue station glace/ Fanny and I before our long station on the ice

Nous devions ensuite préparer tout le matériel afin qu’il soit descendu par un filet sur la glace et que nous puissions l’installer sur de grandes luges qui seront tirées par des motos-neige jusqu’à notre zone d’échantillonnage.

Le transport du matériel entre le pont et la glace/ The transport of material between the deck and the ice

Installation de tout notre matériel sur 3 luges avec Jeroen, Bruno et Jean-Louis/Setting-up all our material on three sledges with Jeroen, Bruno and Jean-Louis

Deux personnes ont emmené les luges avec des motos-neige vers notre station et les autres ont marché depuis le bateau. Ici, on me voit toute petite à côté de cet immense bateau/ Two people were bringing the sledges close to our station with snow machines and to avoid as much as possible to contaminate the area with fuel burning emissions the others walked. Here, you can see me walking, very small next to this big ship

En arrivant sur notre zone de recherche, la première chose que nous devions faire était de mettre des combinaisons blanches propres pour ne pas contaminer la zone. Cela est important, car Jeroen mesure les concentrations de métaux en traces dans la glace et dans l’eau sous-jacente et ces concentrations sont infimes, donc la moindre contamination provenant des poussières du bateau pourrait fausser ses résultats. C’est pour cela également que nous échantillonnons le plus loin possible du bateau.

L’enfilage de nos tenues de caméléons/ Dressing-up all in white to become chameleon

Gauthier et moi qui posons avec le bateau en arrière-plan (photo prise par Fanny)/ Gauthier and I posing with the ship in the background (Picture taken by Fanny)

Bruno et Jean-Louis en train d’enfiler leurs combinaisons. Avec l’un qui râle, car rien ne rentre comme il le faudrait et l’autre qui rit (je vous laisse deviner qui est qui). Dommage que je ne puisse pas envoyer la vidéo, car cette scène filmée vaut bien certaines scènes de la « Grande Vadrouille » / Bruno and Jean-Louis trying to put on their clean suit. One was complaining that the suit will never fit, the other one was laughing (I let you guess who is who).This scene made me think of a famous DeFunès movie.

Trouver Jeroen, le caméléon ! Qui est partie prendre ses premiers échantillons de neige avant que nous arrivions sur la zone/Try to find Jeroen the chameleon who went to sample snow before we arrived to the sampling area.

Vous vous demandez peut-être pourquoi tant d’efforts pour échantillonner des métaux en trace ? Quel est le lien entre des métaux et notre climat ?

En réalité, ces métaux dissous présents dans l’océan en quantités infimes comme le fer, mais aussi le cobalt, le zinc, le manganèse et bien d’autres jouent un rôle très important sur la régulation de notre climat. Effectivement, ils sont des éléments essentiels qui permettent la croissance des algues qui sont d’immenses puits à CO₂. Sans les algues à la surface de l’océan, les concentrations atmosphériques de CO₂ seraient beaucoup plus importantes, ce qui renforcerait très fortement l’effet de serre et rendrait la vie sur terre (comme on la connaît aujourd’hui) impossible du fait des températures trop élevées.

Les métaux en trace se trouvent principalement dans les poussières qui proviennent des continents (déserts, volcans, etc) et ils se déposent à la surface des océans où ils se dissolvent petit à petit en tombant vers les fonds océaniques.

L’Océan Austral qui entoure l’Antarctique est connu pour avoir de grandes carences en métaux en trace, car il se trouve loin des continents. Cela et le manque de lumière restreint fortement la croissance d’algues. Néanmoins, depuis quelques années, on sait que ces métaux en trace dissous au fond des océans remontent aussi par endroit vers la surface et se concentrent dans la banquise lors de sa formation en hiver. Donc quand la banquise fond partiellement au printemps, elle rejette les métaux en trace qu’elle contient à la surface de l’océan ce qui fait fortement augmenter les concentrations de surface et permet un important développement d’algues De ce fait, si la banquise cesse de se former, cela pourrait empêcher cette concentration des métaux en trace à la surface de l’océan austral et restreindre la formation de ces algues. Cela pourrait fortement réduire l’absorption du CO₂ atmosphérique dans l’océan.

Le phénomène inverse se produit du fait de la fonte des icebergs (Voir mon article du 19.04 pour plus d’information sur les icebergs). Effectivement, les icebergs sont naturellement chargés en métaux en trace, car ils regorgent de poussières qui se sont déposées sur les grandes calottes glaciaires depuis des centaines de milliers d’années. Donc quand un iceberg se décroche des calottes glaciaires et part dans l’océan, il va y apporter de grande quantité de métaux en trace. Cela va donc booster la formation d’algues et activer la pompe à CO₂. Cela voudrait dire que la fonte de la glace continentale pourrait améliorer l’absorption du CO₂ dans l’océan et donc diminuer l’effet de serre. Mais attention, cela est encore très mal quantifié et pourrait avoir d’autres conséquences comme l’acidification de l’océan et bien entendu comme discuté auparavant sur ce blog, la montée du niveau de la mer.

Jeroen a donc fort à faire en tentant de comprendre et de quantifier ces processus complexes. C’est un grand challenge de vouloir faire des mesures de concentrations de métaux en trace sur des échantillons de glace, de neige et d’eau à partir d’un bateau entièrement en métal. C’est donc pour la bonne cause, mais non sans peine que nous enfilions nos tenues de caméléons pour ne pas contaminer la zone avec les poussières du bateau que nous portions sur nous. Nous étions donc enfin prêts pour entamer notre premier long périple d’échantillonnage sur la glace. C’est l’homme au carottier qui a commencé les festivités.

Un homme (Jean-Louis), un carottier, un brise-glace !/A man (Jean-Louis), a drill, a ship !

Jean-Louis au carottier, Gauthier au câble et Jeroen prêt à réceptionner le carottier/ Jean-Louis drilling, Gauthier holding the cable and Jeroen ready to accommodate the drill

Pendant que nous forions la glace (30 forages au total), Fanny et Bruno mesurait les flux de CO₂ avec leur cloche directement sur la glace.

Fanny en train de mesurer les flux de CO2 provenant de la glace/Fanny measuring the CO2 fluxes from the ice

Mais très vite le soleil est reparti dormir en emportant avec lui quelques degrés Celsius et la lumière qui nous faisait du bien au moral. Il nous laissait seuls avec nos lampes, les drapeaux qui nous permettraient de retrouver notre chemin dans la nuit et l’éclairage lointain des phares du bateau. Ce long couché de soleil sur les montagnes lointaines de l’Antarctique était sans doute un des plus beaux et paisibles paysages que je n’ai jamais vu. Il restera sans doute un des plus beaus souvenirs de cette expédition.

Couché de soleil sur l’Antarctique depuis la mer de Ross / Sunset on the Antarctic continent from the Ross Sea ice

Vue sur le bateau depuis notre station glace/View on the ship from the ice station

La nuit tombée, nous avons fait une petite pause rapide pour boire une petite tasse de thé chaud et manger une tartine (gelée) ou des biscuits pour certains ! Dans de telles conditions, se découvrir le visage pour manger n’est pas vraiment un plaisir, donc les tartines furent vite avaler!

Puis les choses se sont accélérées, Jean-Louis et Gauthier foraient la glace, j’étais en charge de mesurer chaque morceau de carottes et de les empaqueter. Fanny est bien gentiment venu m’aider dès que ses mesures de flux étaient terminées. Et Bruno et Jeroen échantillonnaient l’eau et les saumures sous la glace. J’expliquerai ces différentes techniques et leur nécessité dans un prochain article.

Fanny en train de nettoyer la neige sur une carotte de glace avant de l’emballer/ Fanny cleaning the snow on an ice core before packing

Jeroen (couché), Bruno et Jean-Louis en train d’échantillonner les saumures dans les trous de forage/ Jeroen (lying down), Bruno and Jean-Louis sampling brines in the boreholes

Puis après près de 12h de station, nous sommes rentrés contents d’avoir réussi notre première station glace et de pouvoir ramener autant d’échantillons et de données intéressantes à bord. Nous sommes les seuls à bord à devoir passer autant de temps sur la glace, donc au retour, nombreux sont ceux qui nous ont dit être impressionnés par notre endurance. Un des techniciens marins nous a dit qu’on devait avoir de l’eau de mer gelée qui coulait dans nos veines. Nous avons trouvé cela sympathique, mais nous en étions amusés, car au final nous avions trouvé les conditions plutôt clémentes et idéales pour une première longue station sur la glace. Les prochaines risquent d’être beaucoup plus difficiles.

Gauthier de retour de la glace / Gauthier back from a long ice station

Fanny de retour de sa première longue station sur la glace/ Fanny back from her first long station on the ice

Moi-même heureuse d’enfin pouvoir enlever mon masque (Photo prise par Fanny/myself, quite happy to finally be able to take off my mask (picture taken by Fanny

Nos échantillons de glace bien empaquetés dans les airs. Une partie d’entre eux sera mesurée sur le bateau, le reste sera stocké dans un conteneur frigorifique à -20°C, puis ramené vers la Belgique pour analyses dans nos laboratoires/Our ice samples, well packed flying in the air. Part of it will be measured on board, the rest will be stored in a reefer at -20°C and send back to Belgium to be analysed in our laboratories

De retour au bateau, les premières analyses ont du commencer, donc cette longue journée n’était pas terminée pour la plupart d’entre nous. Néanmoins, nous avons d’abord profiter de manger tous ensemble quelques tartines, car il était tard et nous avions manqué tous les repas de la journée. C’est donc au petit matin et bien fatigués que nous nous sommes couchés pour une nuit assez courte, mais réparatrice.

Les jours suivants, chacun s’est activé à ses tâches au laboratoire pour faire ses mesures avant la station suivante. En ce qui me concerne, après quelques soucis techniques en début de semaine, toutes mes machines marchent au poil, donc je dois surtout travailler sur les données et faire des calibrations, cela me rend donc plus flexible que les autres qui passent de longues journées à mesurer leur échantillons. Je fais ce que je peux pour les aider, mais de mon côté toutes les mesures sur la glace devront se faire de retour en Belgique. Aujourd’hui, ce vendredi 28 avril, nous sommes en attente de pouvoir descendre sur la glace, mais beaucoup de soucis techniques, notamment causés par le froid ralentissent notre programme, donc tout est incertain. J’ai donc enfin pu prendre le temps d’écrire cet article qui je l’espère vous aura plu.

Un grand merci pour tous vos messages (Alain de Liège, Vivianne H., Manon, Jérôme, Maxime, Marianne, Veerle et Silvère, Marc F. Vero V., Rose-Marie, Dori, Zouc et Isa, le papa de Gauthier, Michel C., Marie, Itzel, Claire et Francis, Marika, les amis suisses, les collègues et l’équipe glaciol, nos familles et tous les autres). Je mets souvent du temps à répondre, mais vos messages et vos encouragements nous vont droit au cœur. Un clin d’œil spécial au papa de Fanny pour vous dire qu’elle nous a bien fait partager la musique de Julos Beaucarne et nous l’écoutons en pensant à vous. Un petit mot aux amis de Vox Anima, vous me manquez tous et je vous souhaite un super concert ! Un grand merci également à ma moitié pour son soutien inconditionnel qui change tout !

Il me reste à vous souhaiter un très bon week-end en vous laissant admirer les beautés de l’Antarctique.

Quand le grand froid arrive et que la glace fume du fait de la sublimation (photo prise par Fanny)/ When the temperature drops and the ice is smoking, because of sublimation (picture taken by Fanny)

Un levé de soleil sur la glace/ A sunrise on the ice

Le début du grand continent Antarctique au loin/ The first mountains of the big Antarctic continent

Quand le soleil s’endort, il transforme cette glace pourtant si bleue en une opaque couche noire / When the sun goes to sleep, it transforms the blue ice tones into a dark opaque crust

N’hésitez pas à envoyer vos commentaires, questions ou simplement à m’écrire (ou à nous écrire) à l’adresse suivante : celia.sapart.guest(a)nbp.usap.gov (remplacer le (a) par @). Attention, les pièces-jointes de plus de 5MB ne sont pas acceptée.

Bon vent à tous et à bientôt.

Célia