Rannsóknirnar okkar

Hvers vegna að rannsaka sjávarloftskipti? 

Mikil losun koldíoxíðs (CO₂ ) í andrúmsloftið af mannavöldum hefur áhrif á loftslag, súrnun sjávar og veltihringrás Atlantshafsins (AMOC). Alþjóðastofnanir kalla eftir því að draga úr losun og binda það sem losað hefur verið. Verið er að rannsaka margar aðferðir til að binda CO₂ í hafi og aukin sjávarloftskipti, eða aukin basavirkni sjávar (e. Ocean Alkalinity Enhancement, OAE) er ein þeirra. Framtíðarákvarðanir alþjóðlega vísindasamfélagsins og löggjafa um mögulega beitingu aðferðarinnar sem kolefnisbindingu þurfa að vera byggðar á vísindalegri þekkingu, sem kallar á rannsóknir. 

Rannsóknir á auknum sjávarloftskiptum snúast m.a. um að kanna hvort hægt sé að örva náttúrulega upptöku og bindingu kolefnis í hafinu. Hafið tekur stöðugt upp CO₂ úr andrúmsloftinu og gegnir þannig mikilvægu hlutverki í hnattrænni kolefnishringrás.

Þegar CO₂ leysist upp í sjó breytist það að stórum hluta í bíkarbónat, sem er náttúrulegt og stöðugt form kolefnis í hafinu og er almennt hluti af eðlilegri efnafræði sjávar. Aukin losun CO₂ af mannavöldum hefur hins vegar raskað þessu kerfi og stuðlað að súrnun sjávar, sem getur meðal annars haft neikvæð áhrif á kalkmyndandi sjávarlífverur, svo sem kóralla, skeldýr og sumar tegundir svifs.

Þegar við aukum basavirkni stuðlum við að auknum loftskiptum á milli hafs og andrúmslofts, sem gerir sjónum kleift að umbreyta meira af þessu uppleysta CO₂ í bíkarbónat sem dregur jafnframt úr súrnun. Þegar meira CO₂ er bundið á þennan hátt í sjónum skapast þá rými fyrir frekari upptöku CO₂ úr andrúmsloftinu, en við þurfum að fjarlæga CO₂ úr andrúmsloftinu til þess að draga úr loftslagsbreytingum. 

Í einföldu máli má því segja að þessi aðferð hjálpi hafinu að taka upp meira CO₂ og geyma kolefnið á stöðugra formi sem bíkarbónat, sem er náttúrulegur hluti af vistkerfi og efnafræði sjávar. Jafnframt geta aukin sjávarloftskipti unnið gegn súrnun sjávar með því að draga úr þeirri lækkun á sýrustigi sem fylgir aukinni upptöku CO₂ við núverandi aðstæður og styðja þannig við hagstæðari skilyrði fyrir sjávarlífverur.

Sjávarloftskiptarannsókn Rastar er samstarfsverkefni fjölmargra innlendra og erlendra vísindaaðila og óhagnaðardrifinna vísindasamtaka. Rannsóknin hefur það markmið að meta hversu skilvirkt það er að auka basavirkni lítillega við yfirborð sjávar á litlu svæði til þess að efla getu hafsins til þess að binda CO₂, án þess að auka enn frekar á súrnun sjávar. Til þess er það magn af Na+ jónum (salt er NaCI) og OH- jónum sem nú þegar eru í sjónum aukið lítillega með því að blanda NaOH lausn í yfirborðssjó en aðferðinni er nánar lýst hér fyrir neðan.

Aukin sjávarloftskipti hafa verið vel rannsökuð á vísindastofum og í afmörkuðum „mesocosm“-rannsóknum í áratugi, en nú þarf gögn úr rannsóknum við mismunandi raunverulegar hafaðstæður til að sannreyna skilvirkni og útvíkka þekkingu. Hér má lesa meira um aukin sjávarloftskipti.

Baksaga rannsóknarinnar

Árið 2023 bauðst Íslandi að hýsa slíka rannsókn m.a vegna norðlægrar legu og hafþekkingar hér á landi. Hvalfjörður hefur ákjósanleg veðurskilyrði, strauma og innviði. Þar er svo ekki sjókvíeldi, og var Hvalfjörður því valinn sem rannsóknarstaður og Röst sjávarrannsóknasetur stofnað til þess að m.a. framkvæma slíka rannsókn ásamt öðrum hafrannsóknum. 

Árið 2024 sótti Röst því um rannsóknarleyfi til að gera vettvangsrannsókn á smáum skala á auknum sjávarloftskiptum í Hvalfirði. Íslensk stjórnvöld töldu ekki nógu skýra stefnu vera til staðar um rannsóknir á verkfræðilegum loftslagsaðgerðum sem slíkum og höfuðu því beiðninni í byrjun sumars árið 2025 á meðan unnið var að skýrari stefnumótun. Stjórnvöld veittu Röst hinsvegar leyfi fyrir svokallaðri sjávarflæðisrannsókn sem framkvæmd var í október 2025.

Rannsóknarleyfi 2026

Í áformum um lagasetningu til þess að skýra stefnumótun stjórnvalda í þessum málum árið 2026 kemur fram að hið opinbera styðji almennt við þekkingaröflun og rannsóknir á náttúrunni og geri sér grein fyrir alþjóðlegu mikilvægi þess að rannsaka möguleika loftslagsverkfræðilegra aðgerða í hafi. Mikil vinna hefur átt sér stað hjá stofnunum og ráðuneytum við að skýra eftirlitsferla, stefnumörkun og skýrslugjöf fyrir slíkar rannsóknir og hafa stjórnvöld nú veitt Röst rannsóknarleyfi fyrir vettvangsrannsókn í október 2026, að því gefnu að ítarleg skilyrði séu uppfyllt og eftirlit tryggt. 

Við veitingu leyfisins lagði ráðuneytið áherslu á þann viðbætta árangur sem hefur náðst frá fyrri umsókn. Þar má nefna sjávarflæðisrannsóknina haustið 2025, ný gögn og líkanreikninga, færslu rannsóknarinnar til hausts og aukna vöktun, sýnatöku og öryggisráðstafanir. Þannig var skipulag rannsóknarinnar endurskoðað í takt við athugasemdir nærsamfélags. Viðeigandi vísinda- og eftirlitsstofnanir samþykktu rannsóknina og mæltu með því að leyfi yrði veitt.

Framkvæmd rannsóknarinnar

Rannsóknin felur í sér vandlega stýrða losun vatnsþynntrar basalausnar (NaOH) og sporefnisins Rhodamine WT við yfirborðssjó í fjóra daga ásamt ítarlegri vöktun. Vatnsþynnta basalausnin hefur því að geyma 95,5% ferskvatn og 4,5% basa (natríumhýdroxíð, NaOH, sem stundum kallast lútur eða vítissódi á íslensku). Heildarmagn losunar þessarar vatnsþynntu 4,5% basalausnar eru 170.000 lítrar yfir fjóra daga, þar af eru 150.000 lítrar ferskvatn og 20.000 lítrar 32% lausn af basanum, sem er þá 68% ferskvatn og 32% basi. Vatnslausninni verður blandað við yfirborðssjó í þremur þrepum. Fyrst 11.000 lítrar yfir 6 klukkustundir, svo 43.000 lítrar yfir 24 klukkustundir og að lokum 115.000 lítrar yfir 64 klukkustundir. Heildarmagn basans í þurrvigt er því 8.000 kg í heildina og er af háu hreinleikastigi sem m.a. er notaður til þess að framleiða matvæli. 

Áhrif losunarinnar eru þau að sýrustig við yfirborð hækkar næstu metrana við losunarpunktinn, en eftir þá nokkra metra er sýrustigið komið nálægt venjulegum umhverfisgildum. Náttúrulegur stuðpúði (e. buffer) hafsins vinnur svo einnig gegn sýrustigsbreytingum, en þegar basanum er blandað við sjó hvarfast hann á nokkrum sekúndum svo áhrifanna á sýrustig er einungis að gæta í stuttan tíma. Því er mikilvægt að mæla þessa skammlifuðu breytingu á sýrustigi með mælum frá rannsóknarskipi, með hátæknirannsóknarfari og nemum á bauju á rannsóknarsvæðinu sem veita rauntímagögn sekúndu fyrir sekúndu. 

Rannsóknir á áhrifum aukinnar basavirkni á lífríki í sjó hafa sýnt að þegar notaður er hreinn basi á þeim skala sem hér verður gert, þá eru áhrif á lífverur lítil og ógnar því ekki lífríki, enda dreifist og þynnist basinn hratt og er ekki þrávirkt efni sem sem safnast upp í umhverfinu, á botni eða í lífríki. 

Til þess að gæta þó fyllstu varúðar fer umfangsmikil sýnataka og vöktun á umhverfisþáttum fram bæði fyrir rannsóknina, meðan á henni stendur og eftir að henni lýkur, eða þar til aðstæður eru komnar aftur að náttúrulegum gildum. Ef einhver gildi verða hærri en búist er við verður brugðist tafarlaust með stöðvun eða hægari losun eftir eðli frávikanna. Allt ferlið er í samráði við stjórnvöld sem hafa eftirlit með framkvæmd rannsóknarinnar og geta stöðvað hana ef þannig ber við.

‍

^{Hér má sjá yfirlitskort af rannsóknarsvæðinu. Losun á sér stað við hvíta demantinn svo mesta breyting á sýrustigi er í nær- og fjærsvæðinu í ljósbláu hringjunum. Utan þess er sýrustig nálægt upphaflegum umhverfisgildum.} 

Röst hlaut styrk frá bandaríska góðgerðasjóðnum National Philanthropic Trust til þess að kaupa ómannað yfirborðsfar af gerðinni Data Xplorer USV (Uncrewed Surface Vehicle). Farið ber heitið Súla og er smíðað af kanadíska fyrirtækinu Open Ocean Robotics. Súla er sérhönnuð fyrir Röst og er útbúin fjölda sérhæfðra hafrannsóknamælitækja en hún er fyrsta Data Xplorer farið sem Open Ocean Robotics selur og er fyrst sinnar tegundar á Íslandi. Súla stóðst allar væntingar í jómfrúarferð sinni í október 2025 við gagnasöfnun í hafi fyrir sjávarflæðisrannsókn Rastar og samstarfsaðila. Verið er að vinna úr gögnum þeirrar rannsóknar og verða niðurstöður birtar um leið og þær eru tilbúnar.

Á fyrsta ársfjórðungi 2026 mun Röst fínstilla skynjara og vélbúnað farsins, þar sem byggt verður á reynslu og niðurstöðum vettvangsprófana árið 2025. Markmiðið með því er að efla notkunarmöguleika farsins. Þegar tekur að vora mun Röst vinna markvisst að því að bera saman gögn frá mælitækjum Súlu við áreiðanleg og vísindalega sannreynd mælitæki ásamt því að meta fjölmarga notkunarmöguleika Súlu við haf- og loftslagsrannsóknir. Hér er klárlega um að ræða kærkomna viðbót og eflingu til hafrannsókna við Ísland, en gögn frá Súlu geta m.a. veitt okkur aukinn skilning á samspili loftslagsbreytinga, strauma hafsins og lífríki þess. Hingað til hafa stór rannsóknarskip, knúin af jarðefnaeldsneyti, verið notuð til slíkra mælinga hér á landi og má því segja að um sé að ræða upphaf nýs tímabils í hafrannsóknum við Ísland, bæði hvað varðar hagkvæmni og kolefnisspor rannsókna ásamt þeim kostum sem felast í því að nota ómannað far við krefjandi aðstæður.

Á tímabilinu 6. -19. október framkvæmdi Röst, í samstarfi við innlent og erlent vísindafólk, sjávarflæðisrannsókn í Hvalfirði með það að markmiði að skilja flæði og hreyfingar sjávar í firðinum betur á því afmarkaða svæði. Sá skilningur getur einnig stuðlað að betri þekkingu á því hvernig ferlar sjávarflæðis í fjörðum hegða sér almennt, sem hægt væri að yfirfæra á aðra sambærilega firði eða hafsvæði.

Sérhannað blöndunartæki Rastar, nýtt rafknúið hafrannsóknafar og vísindafólk stóðust vel þá prófraun að stunda slíkar rannsóknir á þessum árstíma. Þar nýttist séríslensk þekking í hafrannsóknum og verkfræði vel ásamt reynslu vísindafólks úr heimskautarannsóknum. Unnið er úr niðurstöðum og öll gögn verða gerð opin og aðgengileg.

Til þess að sannreyna niðurstöður hafstraumalíkans af Hvalfirði (sjá neðar á síðunni), var litlu magni af vistfræðilega skaðlausu litarefni dreift á litlu svæði í firðinum. Þá var fylgst með dreifingunni í hafi með yfirborðsförum búnum mælitækjum og neðansjávarmyndavélum sem og í lofti með drónum sem búnir voru LiDAR og fjölrófsmyndavélum. Hægt er að lesa um rannsóknir sem beita svipaðri aðferðafræði hér.

Að rannsókninni kom vísindafólk sem er í fremstu röð á sínu sviði m.a. frá bresku hafrannsóknamiðstöðinni National Oceanography Centre (NOC), hafsamtökunum [C]Worthy, Háskóla Íslands og vísindahópnum Ebb Carbon. Þessi rannsókn Rastar var fjármögnuð af óhagnaðardrifnu samtökunum Carbon to Sea Initiative.

Hafrannsóknastofnun hefur gert hafstraumalíkan fyrir hafsvæðið umhverfis Ísland en líkanið nær ekki til fjarða. Röst fékk því óhagnaðardrifna rannsóknarfélagið [C]Worthy til að þróa nákvæmt staðbundið hafstraumalíkan af Hvalfirði. Líkanið er byggt á ROMS (e. Regional Ocean Model System) og var fínstillt með raungögnum. Líkanið getur m.a. hermt hringstreymi ásamt hringrás kolefnis og næringar í firðinum.

Gögnin okkar eru opin og aðgengileg öllum og því er möguleiki á að tengja Hvalfjarðarlíkanið við núverandi hafstraumalíkan Hafrannsóknastofnunar og fá nákvæmara líkan af hafstraumum við Ísland en áður.

‍

Áður en hafist er handa við rannsóknir er afar mikilvægt að afla vandaðra grunngagna. Við buðum því út grunnrannsóknir í Hvalfirði. Nokkur vönduð tilboð bárust, bæði frá innlendum og erlendum aðilum, en að lokum var Hafrannsóknastofnun metin hæfust til að framkvæma óháðar grunnrannsóknir á haffræði og líffræði Hvalfjarðar.

Grunnrannsóknirnar eru afar víðtækar og fela í sér 15 mánaða athuganir á eðlisfræði, karbónatefnafræði, líffræði og vistkerfum botns og uppsjávar í Hvalfirði. Öll gögn og allar niðurstöður úr grunnrannsóknum á haffræði og líffræði Hvalfjarðar verða gerð öllum aðgengileg.

Í júlí 2024 fengum við rannsóknarleyfi til að gera undirbúningsrannsókn í Hvalfirði sem fólst í því að setja vistfræðilega skaðlaust og óvirkt sporefni í sjóinn og mæla dreifingu þess um fjörðinn á sérútbúnu rannsóknarskipi.

Tilgangur rannsóknarinnar var tvíþættur:

1. Að skoða loftskipti milli andrúmslofts og sjávar og kanna hversu háð þau eru vindhraða í firðinum.
2. Að mæla lárétta dreifingu sporefnanna í samræmi við hreyfingu sjávar í firðinum til að sannreyna líkön og undirbúa þannig næstu rannsóknir.

Rannsóknin var samstarfsverkefni fjölmargra innlendra og erlendra vísindaaðila og óhagnaðardrifna vísindasamtaka.