NILU luftarkiv

I en måneds tid nå så har jeg produsert flytende nitrogen for NILU.  Vi har en innretning her som trekker ut N2 fra lufta og samler gassen på en beholder.  Denne beholderen er nedkjølt til -196 grader slik at nitrogengassen blir flytende.


Flytende nitrogen-generator. Blå luftkompressor sender luft inn i LN2-generator på veggen som filtrerer ut N2 og sender videre til cryostaten til høyre i bildet.

Hensikten med dette er å ta en stor luftprøve som skal inn i NILUs luftarkiv.  Dette gjør vi to ganger i året og prøven blir arkivert for å ha tilgjengelig historiske prøver for senere forskning.

Vanligvis tar man luftprøver med en pumpe men det gjør vi ikke med denne prøva.  Pumper kan forurense prøven så teknikken her er å kjøle ned en stålflaske ved å sette den i et bad med flytende nitrogen.  Lufta vil da kondenserer på innsiden av stålflaska.  Ved å holde flaska nedkjølt på denne måten i to timer får vi en brukbar mengde luft.

Vi tok denne prøven i forrige uke.  Vanligvis tas den på flyplassen med nordøstlig vind slik at lufta ikke er forurenset av stasjonen, men vi har hatt sørlig vind i lang tid nå.  Jeg og Øyvind kjørte derfor ut på Fjellimellombreen og tok prøven der.  Frisk og ren luft fra sydpolplatået, kraftig og retningsstabil slik at det var lett å unngå å forurense prøven med oss selv.


Jeg og Øyvind tar  luftprøve til NILUs luftarkiv.  Prøveflaske til venstre, flytende nitrogen i beholderen foran oss.

BAS Microwave Radiometer

I have decided to write this post in English because it is about British Antarctic Survey (BAS) and their scientific work here at Troll.

BAS is an organisation similar to the Norwegian Polar Institute, although BAS is much larger.  BAS operates two permanently manned research stations in Antarctica: Rothera and Halley.  In addition, they have three summer stations here, two full-year stations on South Georgia and one at Ny-Ålesund.  The BAS headquarter is in Cambridge.

One room here at Troll is just called the BAS-room and contains a peculiar looking and fascinating instrument.  This is the BAS microwave radiometer, funded by the UK’s Natural Environment Research Counsil (NERC) and which I am responsible for looking after.  I’m not involved with the science; the scientific work is done in Cambridge and at NTNU in Trondheim.  My job is to perform a daily observation routine and to do calibration and testing to check the instrument is performing as expected. When something unexpected happens, I contact David Newnham, the project manager, and David Maxfield, the instrument engineer, at BAS for advice.


BAS radiometer at Troll

The purpose of this instrument is to provide observations that can improve the understanding of certain atmospheric processes, mostly related to the ozone layerEnergetic particles from the sun generate NOx in the middle and upper atmosphere (40km to 120km above the Earth’s surface).  In winter the polar vortex (a giant and persistent cyclone over the Antarctic continent) transports the generated NOx downwards to the stratosphere where it can react with ozone and thin the ozone layer.

What is a microwave radiometer and how can it help us understand these processes?  I will try to explain, although this is outside my field of expertise.

All matter in the atmosphere (and everywhere else) at a temperature above absolute zero radiates electromagnetic waves.  The emission spectrum (i.e. which frequencies are radiated) is unique for each chemical constituent.  This means that we can find out which atoms and molecules are present in the atmosphere by looking at its electromagnetic spectrum.  If certain frequencies are present, we know the source is ozone, or NOx, or something else.  The intensity at the different frequencies tells us (after adjusting for temperature) something about the amount of that particular molecule in the atmosphere.

Let us have a look at the radiometer instrument.  Electromagnetic waves from the atmosphere go through a window into the room at Troll and enter the instrument.  The waves are guided through the instrument with several mirrors.  The waves are down-converted (i.e. the frequency is lowered) and then sent inside a cryostat.  The cryostat is a large, cylindrical container which is cooled with a helium compressor and has an internal temperature below 4K.  Inside the cryostat is an extremely low noise sensor (called SIS mixer) which converts the incoming electromagnetic waves to an electrical signal. The low temperature is necessary to make the SIS mixer have special superconducting properties.  The electrical signal is then analysed across a range of frequencies with two different spectrometers.  The results are shown (and logged) on a computer running SUSE Linux.  Typical results are shown in the following graphs.

The graphs show two different sections of the microwave spectrum around 250GHz, averaged over 22 hours.  The frequency is on the horizontal axis and intensity on the  vertical axis.  The graph to the left shows a small peak which originates from atmospheric NO.  The graph to the right shows two peaks originating from ozone.  An interesting property of these peaks is that the width increases with the atmospheric pressure of the source.  This means that by analysing the profiles of the peaks it is possible to find out how much of a particular molecule is present at different altitudes. Two hours every day, the radiometer is configured to look at the emission spectrum of CO at 230GHz.  Apart from the effect of the polar vortex, no CO is introduced or removed below a certain altitude.  By analysing the amount of CO at different altitudes in the atmosphere it is therefore possible to deduce how fast the polar vortex transports NOx down to the ozone layer.

You can read more about the project and its science rationale in the following paper:

Patrick J. Espy, Paul Hartogh and Kim Holmén: A microwave radiometer for the remote sensing of nitric oxide and ozone in the middle atmosphere, Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XI, Proc. of SPIE Vol 6362, 2006

This is the second and possibly the last year the BAS radiometer is stationed at Troll.  Its permanent home will be Halley station where it will provide BAS scientists with observations that tell us how the sun interacts with the Earth’s radiation belts during solar cycle 24 and what impact this has on the atmosphere and the environment.

NILU

Frem mot slutten av oppholdet tenkte jeg å skrive litt om hva jeg jobber med her på Troll.  Jeg er ansatt som forskningstekniker så mine hovedoppgaver er drift og vedlikehold av teknisk og vitenskapelig utstyr.

Nå tenkte jeg å skrive om det jeg gjør for Norsk institutt for luftforskning (NILU).  Dette er det mye å fortelle om så flere NILU-innlegg kommer etterhvert.

NILU er et uavhengig forskningsinstitutt som hovedsaklig forsker på luftforurensing.  NILUs målestasjon her på Troll ble satt opp sommeren 2006/2007 og består av en liten konteinerrampe med to konteinere.  Her bruker jeg en del tid, ikke minst når jeg går gjennom den ukentlige rutinen på mandager.  Hovedmålet med NILUs aktivitet på Troll er å undersøke hvordan atmosfærens innhold endrer seg med årstider og over tid.

Jeg har selvsagt ingen forskerrolle; jeg tar prøver og sjekker at instrumentene gjør det de skal.  Data og prøver sendes til NILU og blir behandlet og forsket på der.


NILU-bua


Inne i NILU-bua

NILU-bua ligger ca 200m fra stasjonsbygningen. Dette er litt problematisk fordi vi rett i nærheten lager ganske mye lokal forurensing.  NILU er selvsagt ikke interessert i hva vi slipper ut her på Troll, de vil helst ta prøver av luft som ikke har vært i kontakt med våre hus og maskiner. Vindretning og andre værdata logges derfor kontinuerlig slik at instrumenter kan stoppes eller målte verdier kan forkastes hvis vinden kommer fra «skitten sektor».

NILUs egen beskrivelse av virksomheten på Troll

    Biologi på roterommet

    Et av nybyggene denne sommeren var et nytt renseanlegg.  Dette anlegget renser både kloakk og avløpsvann før det slippes ut nesten helt rent litt bortenfor stasjonen.  Renseanlegget som var i drift før dette var mer primitivt og renset bare avløpsvannet; avfall fra toalettene ble lagt på fat og sendt til Cape Town.  Mens vi før brukte en litt moderne form for utedo så har vi nå toaletter inne på stasjonen koblet rett på det nye renseanlegget.  Veldig komfortabelt.

    Etter at vintersesongen startet har det gamle rensealegget blitt demontert og fjernet.  Det besto blant annet av to store kummer hvor gråvannet ble silt gjennom små porøse kuler av kjeramikk.  Her oppdaget vi et yrende dyreliv.  Det er ikke mye dyreliv å skryte av her i Dronning Maud Land så vi blir naturligvis interessert i det lille vi finner.  Sykestua er ustyrt med mikroskop så vi tok med oss noen prøver inn på «laboratoriet»(Kens tidligere soverom) for å se hva vi hadde funnet.  Vi har et enkelt mikroskop, men med stativ klarte jeg å ta både foto og video gjennom mikroskopet.

    Den viktigste arten er en form for spretthale.  Denne så vi med det blotte øyet og er kanskje i underkant av en millimeter lang og helt hvit.  Hvilken spretthaleart det er har vi ikke klart å finne ut.  Vi vet heller ikke om dette er en art som finnes naturlig her i Dronning Maud Land eller om den er innført med maten vår.  Jeg og Dag fikk tatt en fin video av levende spretthaler som dere kan laste ned her.

    Spretthale
    Spretthale

    En annen art er en ormelignende sak som vi ikke har klart å finne ut hva er.  Denne ser vi bare i mikroskopet. Bevegelsene var for hurtige til at vi fikk noen gode bilder av den, men en brukbar video finner dere her.

    Vi har stadig et håp om å finne stedets naturlige dyr, men om dette er mulig nå på vinteren er usikkert. Vi har i hvertfall ikke funnet noen til nå.  Hvis noen biologer leser denne bloggen så kom gjerne med tips.

    Fuglelivet rundt Troll

    Tiden går fort.  Jeg trodde det ble god tid til alt mulig etter at vintersesongen startet, men vi er så flinke til å holde oss i aktivitet at ukene flyr.  Vips har det gått nesten en måned siden forrige blogginnlegg.  Nå tenkte jeg å skrive om fuglelivet her på Troll.  Som jeg skrev sist så forsvant fuglene for nesten en måned siden.  Vi så en og annen sørjo opp til et par uker etter at jeg skrev at det var tomt, men nå er det nok definitivt slutt.

    Det finnes hovedsaklig tre fuglearter i dette området: Snøpetrell, antarktispetrell og sørjo.  Det kan nok dukke opp en og annen måke også, men du skal være flink for å oppdage de.  De to petrellartene lever av småfisk og krill og er derfor avhengige av tilgang på sjø for å skaffe føde.  Vinterstid holder de seg nær haviskanten hvor mattilgangen er god.  Sommerstid hekker de i fjellene i innlandet og må derfor fly 250km hver vei når de skal skaffe mat til ungene sine.  Petrellene flyr sørover til hekkeplassene i oktober/november og forlater hekkeplassene i begynnelsen av mars.

    Snøpetrellene har jeg fått god mulighet til å bli godt kjent med.  Fugleforsker Harald Steen fra Norsk polarinstitutt kom nedover i sommer for å starte et overvåkningsprogram for snøpetrell.  Harald kunne ikke bli på Troll i månedsvis så jeg og Dag fikk oppgaven å gjøre periodiske tellinger.  Hensikten med tellingene er å hurtig kunne oppdage endringer i snøpetrellens levevilkår.  Ved å overvåke over flere år hvor mange som etablerer reir og overlevelsesraten til kyllingene så kan man raskt få en indikasjon på hvor påvirket snøpetrellene er av miljøendringer.  En viktig miljøendringer i dette området er nettopp Trollstasjonen.  For å si noe om dens påvirkning på snøpetrellene gjøres det tellinger i to forskjellige områder.  Et i nærheten av stasjonen (Nonshøgda) og et som er et stykke unna (Trollhaugen).

    Snøpetrellen er en fugl med helt hvite fjær, ca 30cm lang og med et vingespenn på nesten 80cm.  Selv om den på bakken i starten ga meg assosiasjoner til rypa under vinterjakta så er den i lufta en helt annen fugl, dyktig som en måke til å fly.

    Snøpetrell
    Voksen snøpetrell

    Snøpetrell
    Voksen snøpetrell i flukt

    Snøpetrellene bruker de samme reirene år etter år.  Selv om reirene bare er hulrom under større steiner så er det det veldig tydelig hvilke som brukes til reir.  Gammelt oljete spytt som fuglene dekorerer reiret med henger som stalagtitter i en dryppsteinsgrotte.  Lukten er lett gjenkjennelig.

    Snøpetrell
    Snøpetrellreir

    Snøpetrell
    Snøpetreller

    Snøpetrell
    Snøpetreller bader i snøen

    Harald merket ca 70 reir totalt mens han var her og det er disse reirene vi har fulgt med på.  I tre forskjellige tidsperioder gjorde vi tellinger: Rett etter egglegging, etter klekking og rett før de flyr ut.  Tellingen foregikk ved at vi kikker inn i reiret og registrerte på et skjema hvor mange voksne og kyllinger vi så. Fuglene er nokså tillitsfulle så vi kom nært innpå.  Kommer man for nært så lager de irriterte lyder og spytter illeluktende rødt spytt.  Etter at kyllingene hadde klekket så var det bare unntaksvis at vi oppdaget voksne fugler i reirene.  Mesteparten av tiden sitter kyllingene der og må passe seg selv mens de venter på mat fra havet.

    Snøpetrell
    Snøpetrellkylling

    Snøpetrell
    Snart flygedyktig snøpetrellkylling, bare noen få dun igjen

    Antarktispetrellen hekker også rundt Troll, men det er Svarthamaren ved Tor som er det store antarktispetrellområdet.  Antarktispetrellen er litt større enn snøpetrellen, ca 40cm lang og med et vingespenn på over 100cm.  Den har brune og hvite fjær i et karakteristisk mønster.

    Antarktispetrell
    Voksen antarktispetrell i flukt

    Antarktispetrell
    Antarktispetrellkylling, snart flygedyktig

    Vår siste fugleart, sørjoen (ofte kalt skua etter det engelske navnet) er en rovfugl som spiser det meste.  I hekketiden her ved Troll forer de seg med petreller, enten ved å spise voksne individer eller egg og unger.  Fuglen er frekk og sirkler som en gribb over alt som beveger seg.  Det er en stor fugl, over 50cm lang og med et vingespenn på nesten 130cm. Fargen varierer en god del, men alle er brunaktige med mørke vinger og lysere hode og underkropp.

    Sørjo
    Sørjo

    Sørjo
    Sørjo

    Nå som fuglene har dratt så er neste ornitologiske begivenhet når de vender tilbake neste vår.