Dr. Brent Else: Carbon Sinks, Climate Control and Collaboration in Arctic Waters
Photo: Dr. Brent Else aboard the HMCS Margaret Brooke, March 2025 / Cpl Connor Bennett, Canadian Armed Forces
Author: Jamie Contos
Dr. Brent Else, hailing from the University of Calgary, joined the team of Canadian scientists conducting first-of-its-kind research in the Antarctic, aboard the Canadian Naval vessel, HMCS Margaret Brooke. The findings from this expedition will be a huge step to furthering Canadian understanding of polar waters.
“This opportunity is significant, because Canadian scientists have not had many chances to lead an oceanographic expedition to Antarctica. We have many excellent scientists who study Antarctica, but to do oceanography we usually need to join an expedition led by other countries. That often means we don’t get to prioritize our own scientific ideas, and limits our ability to transfer our Arctic expertise to the Antarctic,” Dr. Else explained.
The research team onboard the Margaret Brooke brought together scientists from universities across Canada – University of Calgary, Dalhousie University, University of Quebec, Université de Sherbrooke, University of New Brunswick, University of Victoria, and will even bring back samples to a lab at the University of Ottawa – as well as scientists from three government departments – Natural Resources Canada (NRCan), Environment and Climate Change Canada (ECCC), and Fisheries and Oceans Canada / Pêches et Océans Canada.
The Marine Environmental Observation, Prediction and Response Network (MEOPAR) coordinated the national academic delegation and provided essential research equipment alongside NRCan and DFO.
As an Oceanographer, professor, and Scientific Director of MEOPAR, Dr. Else brings a unique set of skills, experience, and expertise as co-chief scientist on this expedition. Beyond his area of interest in studying carbon sequestration in polar waters as it relates to climate change, he’s also enthusiastic to find creative ways to get researchers into the field.
“While it's a nice opportunity to fly the Canadian flag, it's also an opportunity for our country to contribute to the international effort to understand Antarctic waters.”
Due to a serious shortage of research vessels in the country, it’s tough for Canadian oceanographers to get to sea, let alone somewhere as isolated as the Antarctic. Dr. Else is passionate about exploring ways to get marine scientists the tools they need to collect samples and data like these ones that are essential to the well-being of Canadians, and a record-setting expedition like this one, provided the ideal setting to explore these solutions.
Dr. Else’s research is done mainly in polar waters, since cold, high-latitude seas seem to be the most effective carbon sinks, and focuses on answering the question ‘how much carbon dioxide do polar seas absorb from the atmosphere?’. During his research to date, Dr. Else and his team have developed estimates of the ocean CO2 sink for most of the Canadian Arctic.
“Canada has invested a lot into Navy Arctic and Offshore Patrol Vessels, like the Margaret Brooke, and they are a valuable tool for the Navy, but as a country, I think we could get even more value out of these new ships if we could occasionally use them for science.”
When this work first commenced, they were unable to accurately say how much CO2 Canadian Arctic seas absorbed from the atmosphere and, although there’s still more work to be done, the extensive measurements they’ve made across most of the Canadian Arctic, have allowed Dr. Else and his team to now have a solid idea about what our Arctic is contributing to the global carbon budget.
Innovation has paved the way for this discovery. Dr. Else’s team developed the first reliable atmospheric measurements of CO2 exchange over sea ice, which helped to understand the seasonal cycles of the carbon sink. More recently, they’ve deployed some instruments in very deep waters in the Canadian Arctic, which have come up with new insights about how sea ice moves carbon from the surface and locks it away at the bottom of the ocean – potentially for hundreds of years.
Until this year, Dr. Else’s research had primarily been conducted in northern polar regions, but the expedition on the Margret Brooke allowed him to take his unique research approaches south for the first time.
One of the biggest challenges to understanding carbon sinks at high latitudes is sea ice. You may think that sea ice blocks gas exchange with the atmosphere, but in actuality, it’s a lot more complicated than that. Understanding the role of sea ice in the ocean carbon sink has been one of the main goals of Dr. Else’s research and he’s interested in marine biogeochemistry – roughly translating to understanding how ocean ecosystems affect ocean chemistry, which in turn drives the carbon sink.
In his own words, Dr. Else explains his research approach:
“I make most of my measurements by collecting seawater samples, and analyzing them in my lab at the University of Calgary. During the Margaret Brooke mission, we used a specially designed sampling system (the CTD-LARS) which can turn any vessel, even a Navy ship, into an oceanographic research ship. The CTD-LARS allows us to use instruments to measure water properties throughout the water column as deep as 4000m and collect samples anywhere along the way.
“Most oceanographers use that type of instrument, but I think what is unique about my work is that I collect samples from lots of different platforms. I collect samples from sea ice (by drilling holes in the ice, to get to the seawater), from small fishing boats, and from huge ships like the Margaret Brooke. Using all of those different platforms has allowed us to work all over the Canadian Arctic, and now the Antarctic, to collect our unique data set.”
This expedition provided Dr. Else with new CTD-LARS casts that he can use to compare Arctic and Antarctic measurements and will provide further insights into the significant role polar waters play as carbon sinks.
Coupled with his new samples, Dr. Else is hopeful that he’s returned with something else – a new model for how to get Canadian oceanographers to sea.
Dr Brent Else : Puits de carbone, contrôle climatique et collaboration dans les eaux arctiques
Dans le cadre d’une expédition historique d’un navire canadien dans les eaux antarctiques, un effort de recherche collaboratif à l’échelle nationale a approfondi la compréhension scientifique du Canada concernant les écosystèmes polaires et le climat.
Le Dr Brent Else à bord du NCSM Margaret Brooke, mars 2025 / Cpl Connor Bennett, Canadian Armed Forces
Le Dr Brent Else, de l’Université de Calgary, fait partie d’une équipe de scientifiques canadiens engagés dans des recherches inédites en Antarctique à bord du navire de la Marine canadienne, le HMCS Margaret Brooke. Les résultats de cette expédition constitueront un jalon essentiel dans l’approfondissement de la connaissance canadienne des écosystèmes polaires.
« Cette expérience est d’une grande portée, car les scientifiques canadiens ont rarement l’opportunité de mener une expédition océanographique en Antarctique. Bien que nous disposions de nombreux chercheurs talentueux dans ce domaine, il est fréquent que nous devions nous intégrer à des expéditions dirigées par d’autres pays. Cela limite notre capacité à mettre en avant nos propres idées scientifiques et à transférer notre expertise arctique vers l’Antarctique », a souligné le Dr Else.
L’équipe de recherche à bord du Margaret Brooke regroupe des scientifiques de plusieurs universités canadiennes, dont l’Université de Calgary, l’Université Dalhousie, l’Université du Québec, l’Université de Sherbrooke, l’Université du Nouveau-Brunswick et l’Université de Victoria. Des échantillons seront également ramenés à un laboratoire de l’Université d’Ottawa, en collaboration avec des chercheurs de trois ministères gouvernementaux : Ressources naturelles Canada (RNCan), Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) et Pêches et Océans Canada (MPO).
Le Réseau d’observation, de prévision et de réponse environnementale marine (MEOPAR) a orchestré la délégation académique nationale et a fourni l’équipement de recherche indispensable, en partenariat avec RNCan et MPO.
En tant qu’océanographe, professeur et directeur scientifique de MEOPAR, le Dr Else apporte une expertise unique en tant que co-chef scientifique de cette expédition. En plus de son intérêt pour l’étude de la séquestration du carbone dans les eaux polaires en lien avec le changement climatique, il est également enthousiaste à l’idée de découvrir des solutions novatrices pour permettre aux chercheurs d’accéder au terrain.
« Au-delà de la fierté de représenter le Canada, c'est également une occasion précieuse pour notre pays de contribuer à l'effort international visant à mieux comprendre les eaux antarctiques. »
Face à une pénurie de navires de recherche au Canada, il est difficile pour les océanographes canadiens d’explorer des zones aussi isolées que l’Antarctique. Le Dr Else est passionné par la recherche de moyens pour fournir aux scientifiques marins les outils nécessaires à la récolte d’échantillons et de données, qui sont essentiels au bien-être des Canadiens. Une expédition record comme celle-ci offre le cadre idéal pour explorer ces solutions.
Les travaux du Dr Brent Else se concentrent principalement sur les eaux polaires, car les mers froides et à haute latitude se révèlent être des puits de carbone particulièrement efficaces. Son objectif est de répondre à la question suivante : « Quelle quantité de dioxyde de carbone les mers polaires absorbent-elles de l’atmosphère ? » À ce jour, lui et son équipe ont établi des estimations concernant le puits de CO2 océanique pour la majorité de l’Arctique canadien.
« L'un de mes objectifs ici était de susciter un engouement pour la science au sein de la Marine, afin qu'ils souhaitent continuer à collaborer avec nous et à vivre de nouvelles aventures ensemble. Nous avons reçu un soutien exceptionnel, et c'est vraiment formidable. »
Au début de leurs recherches, ils n’étaient pas en mesure d’évaluer avec précision la quantité de CO2 absorbée par les mers de l’Arctique canadien. Bien qu’il reste encore beaucoup à découvrir, les mesures approfondies réalisées dans la plupart des régions de l’Arctique canadien ont permis au Dr Else et à son équipe d’obtenir une compréhension solide de la contribution de notre Arctique au budget carbone mondial.
L’innovation a été déterminante dans cette découverte. L’équipe du Dr Else a mis au point les premières mesures atmosphériques fiables des échanges de CO2 au-dessus de la banquise, ce qui a permis de mieux comprendre les cycles saisonniers du puits de carbone. Plus récemment, ils ont déployé des instruments dans des eaux très profondes de l’Arctique canadien, révélant ainsi de nouvelles informations sur la manière dont la banquise transfère le carbone de la surface et le stocke au fond de l’océan, potentiellement pour des centaines d’années.
Jusqu’à cette année, les recherches du Dr Else étaient principalement menées dans les régions polaires nordiques, mais l’expédition à bord du Margaret Brooke lui a permis d’appliquer pour la première fois ses approches uniques de recherche dans l’hémisphère sud.
L’un des plus grands défis pour comprendre les puits de carbone à haute latitude réside dans la banquise. On pourrait penser que celle-ci bloque les échanges gazeux avec l’atmosphère, mais en réalité, la situation est beaucoup plus complexe. Comprendre le rôle de la banquise dans le puits de carbone océanique a été l’un des principaux objectifs des recherches du Dr Else, qui s’intéresse à la biogéochimie marine. Cela se traduit par une volonté de comprendre comment les écosystèmes océaniques influencent la chimie de l’océan, ce qui, à son tour, stimule le puits de carbone.
Le Dr Else explique sa méthodologie de recherche de la manière suivante :
« Je réalise la plupart de mes mesures en prélevant des échantillons d’eau de mer que j’analyse dans mon laboratoire à l’Université de Calgary. Lors de la mission à bord du Margaret Brooke, nous avons utilisé un système d’échantillonnage spécialement conçu (le CTD-LARS) qui peut transformer n’importe quel navire, même un bateau de la Marine, en un navire de recherche océanographique. Le CTD-LARS nous permet d’utiliser des instruments pour mesurer les propriétés de l’eau dans toute la colonne d’eau jusqu’à 4000 mètres et de prélever des échantillons à différentes profondeurs.
« La plupart des océanographes utilisent ce type d’instrument, mais ce qui rend mon travail unique, c’est que je prélève des échantillons à partir de nombreuses plateformes différentes. Je prends des échantillons de la banquise (en forant des trous dans la glace pour accéder à l’eau de mer), de petits bateaux de pêche, ainsi que de grands navires comme le Margaret Brooke. L’utilisation de toutes ces différentes plateformes nous a permis d’explorer l’ensemble de l’Arctique canadien, et maintenant l’Antarctique, pour rassembler notre ensemble de données unique. »
Cette expédition a permis au Dr Else d’obtenir de nouvelles séries de mesures CTD-LARS qu’il pourra utiliser pour comparer les données de l’Arctique et de l’Antarctique, offrant ainsi des informations supplémentaires sur le rôle crucial des eaux polaires en tant que puits de carbone.
En parallèle de ses nouveaux échantillons, le Dr Else espère également avoir trouvé un autre atout : un nouveau modèle pour permettre aux océanographes canadiens d’accéder à la mer.
« Le Canada a beaucoup investi dans les navires de patrouille arctique et extracôtier, comme le Margaret Brooke, et je suis convaincu qu’ils constituent un outil précieux pour la Marine. Cependant, en tant que pays, je pense que nous pourrions tirer encore un peu plus de valeur de ces nouveaux navires si nous pouvions les utiliser occasionnellement pour des activités scientifiques. »
