Det er mykje som er i endring i Arktis. Islokket blir stadig mindre, og isen som finst blir stadig tynnare. Ein snakkar om eit skifte i tilstanden til havisen: Det som før var eit nærmast fullstendig dekke av gammal, tjukk is, har nå i stor grad blitt skifta ut med tynnare førsteårsis som smeltar kvar sommar. Dette skiftet er knytta til dei store globale endringane i klimasystemet, med mellom anna høgare lufttemperaturar, auka stormaktivitet og endringar i ferskvassyklusen. Sjølv om det største pådraget på isen er frå atmosfæra, viser det seg at varme frå havstraumar under isen kan spele ei nøkkelrolle i issmeltinga.

Vind, varmt vatn og indre bølgjer

Det vi veit, er at isen eksisterer i ein balanse med varme som kjem inn og går ut, frå ulike kjelder. Får du ei lita endring i pådraget som kjem frå havet, kan det ha stor effekt. Under polisen finn vi eit stort varmereservoar av vatn med opphav i Atlanterhavet (og litt fra Stillehavet). Eit enkelt overslag viser at dersom all varmen frå Atlanterhavsvatnet nådde isen, ville alt smelte i løpet av få år. Vi veit at det ikkje skjer, men då er det interessant å finne ut kor mykje av dette vatnet som faktisk når overflata, og kva som påverkar den vertikale blandinga.

Tradisjonelt har ein sett på Arktis som eit lågenergihav: Samanlikna med andre hav er det lite energi tilgjengeleg i form av indre bølgjer som kan blande vassmassane. Ein av grunnane til dette er at mindre vindenergi blir overført gjennom isdekket enn i ope hav. Med dei store endringane i isdekket dukkar det opp nye spørsmål: Kjem det meir energi til havet no enn før, og fører det i så fall til at meir varme blir blanda opp til isen? Førsteårsis er mindre massiv, og glattare enn den gamle isen som var der før, og saman med auka stormaktivitet og lågare iskonsentrasjon kan ein forvente endringar i energioverføringa frå vind til hav.

Kor kjem energien frå?

Vinden blandar overflatelaget i havet, anten direkte over ope hav, eller indirekte ved å skyve på isen. I tillegg til dette kan vinden setje opp bølgjer ved botnen av overflatelaget. Endringar i vindretning og styrke kan resonnere med jorda sin rotasjonsfrekvens – Coriolisfrekvensen. Bølgjer som er nær denne frekvensen vil kunne forplante seg nedover i djupet, og kan føre til blanding av vassmassar der bølgjene til slutt bryt saman. På denne måten kan varme frå Atlanterhavsvatnet, som typisk ligg på nokre hundre meters djupn, bli blanda opp mot overflata.

Ein hypotese går ut på at endringane i Arktis i dei siste tiåra har ført til auka energioverføring frå vind til polhavet. Fleire studiar visar no samanheng mellom isdekke og energinivået i indre bølgjer, men ein har ikkje klart å påvise ei systematisk auke i energinivået til Polhavet. Mangel på tilstrekkeleg mange og gode målingar gjer at dette framleis er uavklart. Det har òg vore foreslått at effekten av meir ferskvatn i overflata isolerer isen frå varmen under, og har motverka den meir effektive energioverføringa ved å stabilisere vassøyla og dempe svingingar. Det vil i så fall seie at sjølv om meir vindenergi blir overført til havet på grunn av tynnare is og fleire stormar, har effekten på issmelting blitt redusert av smeltevatnet.

Jakt på indre bølger i lumske farvatn

I arbeidet med doktoravhandlinga mi jakta eg på slike indre bølgjer, for å finne ut i kor stor grad stormar fører til danning av dei, og i så fall kor mykje av pådraget til smeltinga som kjem frå Atlanterhavslaget. Til det brukte eg riggar som målte temperatur, saltinnhald og havstraumar gjennom eit heilt år i Framstredet nordvest for Svalbard. Frå desse dataa finn vi fleire tilfelle av vertikal forplanting av indre bølgjeenergi, som kan koplast til stormar ved overflata.

I tillegg til å studere det indre bølgjefeltet i havet, har eg studert grenselaget der varmen til slutt kan nå isen. Gjennom vinteren og våren 2015 låg forskingsskipet Lance fastfrose i drivande is nord for Svalbard. Så nært Nordpolen, 82 grader nord, er det elles i verda isdekke året rundt, men her sirkulerer Atlanterhavsvatnet langs havbassenget. Det er varmen frå havet som held området nær Svalbard stort sett isfritt heile året.

Isen er ei ypparleg plattform for å studere havets grenselag. Likevel er det mange utfordringar i kartlegginga av varmeutvekslinga. Noko av energien som smeltar kan komme direkte frå sollyset, om islaget er tynt nok. Smeltevatn – ferskvatn som nettopp har smelta bort frå isen – kan leggje seg som eit isolerande lag under isen. Ope vatn i nærleiken kan også føre til auka smelting, og forstyrre berekningane. Vintermålingane er spesielt nyttige fordi dei tillèt oss å studere varmeutvekslinga mellom hav og is medan det ikkje er sollys til stades, altså ein faktor mindre å ta omsyn til.

Konklusjon: Isen smelter frå undersida

Målingane viste oss mellom anna tydelege samanhengar mellom varmen som når isen og vindpådrag og nærleik til Atlanterhavsvatnet. Frå vinterdataa ser ein òg at sjølv midvinters kjem det noko varme opp til isen. Nokre av desse dataa nytta me vidare i ein enkel numerisk modell til å vise at en del av endringane ein såg kom frå at ein fekk blanda opp Atlanterhavsvatn som låg under isen.

Vi har framleis ikkje det komplette svaret på alt som påverkar issmeltinga i Arktis. Det vil mellom anna krevje meir koordinert feltarbeid, slik som den kommande internasjonale driftekspedisjonen. Men steg for steg får vi eit betre bilete av prosessane står bak endringane i isdekket, og kva ringverknader desse endringane fører med seg.