北極の海氷の下で、ロボットが神秘の世界を照らしている

北極海の真ん中、北極から320キロも離れていない海域で、ドイツの砕氷船ポーラーシュテルンは氷に閉じ込められ、暗闇に包まれている。週に数回、少数の乗組員が比較的安全で暖かい船内から、2ヶ月以上も太陽が昇っていない、骨まで凍るような寒さ、氷、そしてホッキョクグマが跋扈する世界へと足を踏み入れる。

彼らは、北極圏で最も神秘的な環境の一つを探査するため、氷の下でロボット船を操縦するというミッションに取り組んでいます。氷を砕く嵐、テントやロボットの漂流など、この作業は多くの困難を伴いますが、研究を遂行する科学者たちにとって、前例のないデータセットを収集できるため、その努力は大きな価値があります。

これは、MOSAiC遠征を構成する数多くの研究プロジェクトの一つに過ぎません。MOSAiC遠征は、ジュール・ヴェルヌの冒険小説をステロイドで強化したような、1年間にわたる北極圏研究キャンペーンです。周囲の海氷に閉じ込められたポーラーシュテルンは、潮流と風に翻弄されながら北極海中央部を1,500マイル以上ジグザグに航行しています。その間、何百人もの研究者とサポートスタッフが、この科学リレーレースの様々な区間で交代しながら、船から最大30マイル（約48キロメートル）に及ぶ屋外実験室ネットワークを通じて、北極海、その気象、氷、そして生態系に関する膨大なデータを収集しています。

この探検は気の弱い人には向かない。極度に緯度の高い場所では、冬には気温が華氏マイナス50度まで下がることもある。11月には太陽が沈み、その後150日間昇らない。地元のホッキョクグマが常に脅威となるため、この浮遊基地では、トリップワイヤー、360度赤外線スキャナー、そして6人の武装パトロール隊員からなる複雑なクマ対策システムが採用されている。

探検の第一区間では、ドイツのアルフレッド・ヴェーゲナー研究所の海氷科学者であるマルセル・ニコラウス氏とイルッカ・マテロ氏が、MOSAiCの氷下観測ネットワークを構成する4つの主要な研究拠点の一つである「ROVオアシス」の設置に携わりました。ここでの主役は、センサー、ビデオカメラ、マニピュレーターアームを備えた冷蔵庫ほどの大きさの小型ロボットで、科学者が海氷に掘った穴から海中に潜ります。このロボットを氷の下で週に数回、1年間にわたって前後に上下に操縦することで、科学者たちはこれまで十分に理解されていなかった北極の氷下環境に関する貴重なデータセットを収集しています。

「氷の下の季節サイクル全体を追跡できるのは、本当に初めてのことです」とニコラウス氏はEartherに語った。「一年を通して変化する氷の状態が、様々なものにどのような影響を与えるのかを知りたいのです。」

研究者たちが最も関心を寄せている条件の一つは、氷の下の照度変化の影響です。北極は一年を通して、地球の屋根が太陽に近づいたり遠ざかったりするにつれて、夏には明るく照らされ、冬には完全に暗くなります。海氷も季節によって変化し、春と夏には光と熱が戻り、溶けて薄くなりますが、秋と冬には厚くなります。

この凍った蓋を通過する光の量は、氷と水中に生息する微細な緑藻類から始まる北極海の生態系を形作ります。ROVは年間を通して照度を測定し、生物サンプルを採取するため、研究者たちは冬の長い夜が明け、最初の光が戻ってきた時に起こる生態系の再生を垣間見ることができるでしょう。

「氷を通過する微量の光子でさえ、食物網の底辺に位置する氷に生息する藻類の生物生産性を高める可能性があります」とマテロ氏はEartherに語った。藻類は動物プランクトンと呼ばれる微小な甲殻類の餌となり、動物プランクトンが様々な魚類や海洋無脊椎動物の餌となる。

MOSAiC探査の第一段階に参加したコロラド州立大学の大気科学者、ジェシー・クリーミーン氏は、ROVデータによって、春の植物プランクトンの大発生が、雲の元となる微小な浮遊粒子であるエアロゾルの生成にどのように寄与しているかが解明されることを期待している。さらに南下すると、彼女の研究は海洋微生物が北極の雲形成に重要な役割を果たしていることを示唆しており、北極中央部でも同様である可能性はあるものの、「実際のところは分かっていない」と彼女は述べた。

「私たちは、これまで誰も調査したことのない、雲に対するエアロゾルの影響というパズルの重要なピースを調査したいと考えています」とクリーミアン氏はアーサーに語った。

ROVは光に加え、栄養分や塩分濃度など、氷の下の生物を形作る海洋環境に関するデータも収集しています。また、ROVのマルチビームソナーによって氷底の凹凸を3Dマッピングすることで、氷底自体の情報も明らかにしています。氷の地形と周囲の水の性質を研究することで、科学者たちは、氷の厚さや雪の積もり具合など、どのような種類の氷が最も溶けやすいかをより深く理解したいと考えています。

ニコラウス氏によると、最終的にはこの情報はモデルに入力され、季節サイクル全体と人為的な気候変動による長期的な視点の両方で、北極圏の海氷が最も融解する可能性が高い場所と時期を予測するのに役立つだろうという。実際、ROVが収集するすべてのデータは、北極圏の気温上昇に伴い、海氷とそれが作り出す独特の生息地がどのように変化しているかを科学者が理解するための一種の基準となるだろう。

「異なる生物群集を異なる氷の状態に合わせてマッピングできれば、温暖化によって海氷が薄くなり後退するにつれて、生物群集がどう変化する可能性があるかを予測できる」とニコラウス氏は述べた。

ROV 科学者たちが MOSAiC 探検の早い段階で学んだように、このすべてのデータを収集するには、ある程度の忍耐と適応力が必要です。

ROV作業用のキャンプ地は、ロボットが水に入る穴の周りに張られたテントと、近くの制御室で構成されており、そこではパイロットと副操縦士の2人の研究者がコンピューターモニターの前に座り、コントローラーを使ってROVをリアルタイムで操縦し、センサーから送られてくるすべてのデータを分析していました。10月中旬に科学者たちがこのすべてを準備してからわずか数日後、嵐が通過し、氷が砕けてキャンプ地が漂流しました。研究者たちは、フィールド調査の初期段階を、迷い込んだキャンプ地までヘリコプターで救助活動に費やさざるを得ませんでした。物資の回収のためです。

その後、すべてを再構築する必要がありました。2週間の休止の後、チームは11月2日に再び潜水を開始しました。その後2週間は「かなり成功した」作業だったとマテロ氏は語りますが、再び嵐が襲来し、キャンプ全体が再び漂流しました。今回は、チームはさらに数週間同じ場所に留まり、潜水を続けることができました。しかし12月16日、氷に新たな亀裂が現れました。今度はキャンプを貫く亀裂です。研究チームは再び、機材が海に飲み込まれる前にすべてを解体せざるを得ませんでした。

クリスマスイブまでに、MOSAiC第2レグのために到着した新しいクルーがROV Oasisを3度目の設置に成功しました。その頃には本格的な冬が到来し、氷はより安定していました。幸いなことに、それ以来キャンプ地を移動する必要はありませんでした。

1990年代後半から極北でフィールドワークを行っているニコラウス氏は、こうした物流上の課題は北極圏での活動に付き物だと述べた。しかし、氷が当初どれほどの困難をもたらしたかは驚きだったという。

「確かに予想以上にダイナミックでした」と彼は言った。「でも、それが北極なんです」

気まぐれな氷はさておき、北極圏に生息する常在生物の中には、別の脅威をもたらすものもいる。AWIの海氷物理学者でROVオアシスチームのメンバーであり、現在氷上で活動中のクリスチャン・カトライン氏が9月にEarther誌に語ったところによると、北極圏のこの地域に生息するアザラシは電線をかじることで有名で、「水中ケーブルはアザラシの噛みつきにそれほど耐性がない」という。海洋哺乳類による停電を防ぐため、ROVとそのテザーは未使用時は金属メッシュのケージに保管されており、この予防措置は今のところ効果を上げている。