Największe tajemnice Antarktydy: Secrets of a Frozen World

Sto lat temu w tym tygodniu, w piękne letnie popołudnie, norweski odkrywca Roald Amundsen i czterech zmęczonych podróżą towarzyszy zanurzyli jasną flagę na szczycie wrzecionowatego słupa w antarktycznym lodzie, zaznaczając swoje roszczenia jako pierwsi ludzie, którzy postawili stopę na dnie świata. Biegun Południowy był ich.

„Ten moment z pewnością zostanie zapamiętany przez nas wszystkich, którzy tam stali” – napisał Amundsen w swojej relacji z uciążliwej wędrówki. 14 grudnia 1911 roku, dwa miesiące po wyruszeniu z wybrzeża kontynentu, mężczyźni osiągnęli swój cel – zamarzniętą równinę bezkresnej bieli w środku najwyższego, najbardziej wietrznego, najzimniejszego, najsuchszego i najsamotniejszego kontynentu na Ziemi.

W sto lat po tym, jak Amundsen zatknął flagę – pokonując skazaną na zagładę ekspedycję Anglika Roberta Falcona Scotta o cały miesiąc – eksplozja postępu technologicznego zmieniła zakres ludzkiej wiedzy o Antarktydzie.

Watchful satellites sail overhead; probing radar and lasers have allowed scientists to peer beneath the thick ice. A jednak, pomimo zasięgu tych nowych narzędzi, kontynent wciąż trzyma swoje tajemnice blisko. Wiele tajemnic pozostaje, i są one o wiele bardziej skomplikowane i zniuansowane niż niezbadane pustkowia, z którymi zmierzyli się Amundsen i Scott.

Wynika z badań, że Antarktyda jest o wiele bardziej dynamicznym miejscem, niż ktokolwiek mógłby sobie wyobrazić sto lat temu – i że to, co się tam dzieje, może mieć dramatyczne konsekwencje dla milionów ludzi na całym świecie.Teraz, zamiast mapowania nowych odkryć geograficznych, naukowcy starają się odwzorować wewnętrzne funkcjonowanie dziwnych sił grających na Antarktydzie, od mechanizmów biologicznych, które pozwalają maleńkim organizmom pozornie obudzić się z martwych, do mało zrozumiałych sił, które z coraz większym impetem wdzierają się w lód kontynentu.

Królowa lodu

Antarktyda jest domem dla około 70 procent słodkiej wody na planecie i 90 procent słodkowodnego lodu na planecie. Dwie potężne pokrywy lodowe, w niektórych miejscach grube na prawie 3 mile (4 kilometry), pokrywają około 99 procent powierzchni kontynentu. Włącznie z wyspami i dołączonymi pływającymi równinami lodu, Antarktyda ma około 5,4 miliona mil kwadratowych (14 milionów km kwadratowych), czyli około półtora raza więcej niż Stany Zjednoczone.

Nic dziwnego, że większość badań Antarktydy skupia się na lodzie – co dzieje się pod nim, w nim i do niego.

I to właśnie pod lodem naukowcy dokonali jednego z najbardziej wartych scenariusza odkryć Antarktydy: rozległego królestwa skalistych zboczy i płynnych jezior, ukrytego pod lodem przez tysiąclecia.

Podczas ekspedycji mapującej w 1958 roku, radziecki zespół wędrował od wybrzeża przez wnętrze wschodniej połowy kontynentu i detonował ładunki wybuchowe co sto mil, aby zmierzyć grubość lodu.

W środku Arkusza Lodowego Antarktydy Wschodniej, zespół podróżował przez lód o grubości 2 mil (3 km), kiedy coś dziwnego zaczęło się dziać, według Robina Bella, geofizyka i profesora w Lamont-Doherty Earth Observatory na Uniwersytecie Columbia.

Co tam jest?

„Nagle znaleźli ten bardzo cienki lód w środku pokrywy lodowej i powiedzieli, 'Hej, tu są góry’,” Bell powiedział OurAmazingPlanet.

Wielkie góry. Zespół natknął się na to, co później nazwano Gamburtsev Mountains, szereg stromych szczytów, które wznoszą się do 9000 stóp (3000 metrów) i rozciągają się 750 mil (1200 km) przez wnętrze kontynentu.

„Naprawdę trudno sobie wyobrazić, że są tam góry. Nie ma znaczenia, w którą stronę się obrócisz – jest całkiem płasko”, powiedział Bell, który badał ten obszar przez lata. Jednak, jak dodała, prawdziwie tajemniczą częścią ukrytych gór nie jest to, że istnieją, ale to, w jaki sposób wciąż istnieją. Nieubłagany marsz czasu geologicznego powoduje erozję gór (gdybyśmy wrócili za 100 milionów lat, Alp już by nie było, powiedziała Bell), a Gamburtsevs, w dojrzałym wieku 900 milionów do miliarda lat, powinny być zużyte eony temu.

Jednakże ostatnie badania wskazują, że góry są rodzajem geologicznego do-over.

„Narodziły się dawno temu, ale gdzieś pomiędzy 100 (milionami) a 200 milionami lat temu, miały renesans”, powiedział Bell.

To stało się podczas wydarzenia riftingu, Bell powiedział, kiedy siły tektoniczne odrywały kontynentalne masy podczas rozpadu Gondwany, starożytnego superkontynentu. W tym czasie ciężkie korzenie erodowanych gór najwyraźniej przeszły zmianę gęstości – tak jakby tabliczka litej czekolady nagle przemieniła się w puszystą masę wewnątrz batonika Trzech Muszkieterów – która podtrzymywała pasmo górskie z powrotem w górę, „jak kamizelka ratunkowa”, powiedział Bell.

Dokładnie to, jak doszło do tej zmiany w korzeniu Gamburtsevów, jest tajemnicą.

„To największa rzecz, która sprawia, że drapiemy się po głowie”, powiedział Bell. „Nie wiemy, czy rifting dodał trochę ciepła, dodał trochę wody – wiemy, że rifting się wydarzył i wyskoczył, ale wciąż pracujemy nad pytaniem, jak dokonać tej zmiany fazy”, powiedziała.

Land o’ lakes

Wśród Gór Gamburtsev leży inna enigmatyczna cecha Antarktyki: Jezioro Wostok – nieskazitelnie czyste jezioro słodkowodne pogrzebane pod 2,5 milami (3,7 km) litego lodu. Mniej więcej wielkości jeziora Ontario, jest największym z ponad 200 płynnych jezior rozsianych po kontynencie pod lodem.

Jeziora są w dużej mierze tworzone, gdy ciepło z jądra Ziemi topi dno pokrywy lodowej; gruba warstwa lodu na górze działa jako izolacja. Niektóre z jezior były odizolowane przez setki tysięcy do milionów lat, a naukowcy ścigają się w zbieraniu próbek wody; odizolowane jeziora mogą być bastionami odkryć biologicznych, pełnymi nigdy wcześniej nie widzianego życia mikrobiologicznego.

Do tej pory nikomu nie udało się bezpośrednio pobrać próbek z jeziora antarktycznego, ale co najmniej trzy projekty – zespół rosyjski, zespół brytyjski i zespół amerykański – zajmują się tym problemem. Rosjanie, na jeziorze Vostok, i Brytyjczycy, na jeziorze Ellsworth, mogą mieć próbki do 2012 roku.

I chociaż woda w jeziorze do tej pory wymykała się przechwyceniu, naukowcy mają próbki samej pokrywy lodowej, która, jak się okazuje, sama w sobie stanowi biologiczną tajemnicę.

Kto tam jest?

„Myślę, że cała ta pokrywa lodowa żyje. To musi być jeszcze udowodnione”, powiedział John Priscu, profesor Montana State University, który prowadzi prace terenowe na Antarktydzie od 27 lat.

To co jest udowodnione, powiedział Priscu, to fakt, że bakterie są w lodzie. Niewiele, według standardów mikrobowych – 300 komórek w 1 mililitrze lodu vs. 100,000 komórek w wodzie morskiej – ale są tam, w maleńkich żyłach ciekłej wody, które przecinają lód stały i służą jako „małe domy”, powiedział Priscu, które również zawierają składniki odżywcze, które mogłyby nakarmić głodne mikroby.

„Pytanie brzmi, czy one tam żyją? Czy jest to funkcjonalny ekosystem?” – powiedział. W laboratorium, starożytne bakterie z próbek lodu sprzed 420,000 lat, pobrane z ponad 2 mil (3 km) wewnątrz pokrywy lodowej, szybko wykazały oznaki życia. „Priscu powiedział OurAmazingPlanet.

Jednakże nie jest jasne, czy lód działa po prostu jako środek konserwujący i utrzymuje te same mikroby w stanie nienaruszonym, dopóki nie dostaną ciepłego posiłku, czy też aktywna społeczność mikrobów ploduje wewnątrz pokrywy lodowej.

„Albo są w zawieszonym stanie animacji podczas tej półmilionowej podróży, albo żyją bardzo powoli. Nie wiemy tego. Po prostu nie wiemy” – powiedział Priscu.

Who’s out there?

Innym miejscem biologicznej intrygi jest ocean, który otacza Antarktydę. „Jeśli podniósłbyś garść antarktycznych zwierząt, nie pomyliłbyś ich z istotami z jakiegokolwiek innego miejsca na planecie,” powiedział David Barnes, naukowiec z British Antarctic Survey.

Barnes, mówiąc ze statku badawczego tuż przy Półwyspie Antarktycznym, powiedział, że jedną z największych tajemnic jest, „dlaczego widzimy typy zwierząt, które widzimy?”

Leggy pająki morskie wielkości talerzy obiadowych rządzą wodami Antarktyki, jednak inne stworzenia wspólne dla reszty oceanów Ziemi, takie jak ślimaki, są dziwnie nieobecne. Niektóre stworzenia rosną do ogromnych rozmiarów, podczas gdy inne są niezwykle małe.

„Wiele rzeczy ma sens. Ryby ewoluujące antifreezes, to jest sensowna rzecz do zrobienia”, powiedział Barnes. „Ale dlaczego mamy dziwne grupy zwierząt, i dlaczego mamy niektóre zwierzęta robi tak dobrze i inne robi tak źle – to jest część wielkiego uroku tego miejsca. Jest ono tak różne. A zrozumienie, dlaczego tak jest i jak to działa, to wielkie wyzwanie.”

„Jest wiele tajemnic. Im więcej rzeczy dowiadujemy się o Antarktyce, tym więcej pytań rodzi niż odpowiedzi” – powiedział Huw Griffiths, biolog morski z British Antarctic Survey.

Griffiths powiedział, że jednym z obszarów wielkiego zainteresowania jest praktycznie niezbadany ocean pod szelfami lodowymi, które otaczają kontynent. Wyloty lodowców, półki lodowe mają grubość wielu setek stóp i są kolosalne. Największy, Ross Ice Shelf, jest 197,000 mil kwadratowych (510,680 km kwadratowych), lub 3.7 procent całkowitego obszaru Antarktydy.

„Zasadniczo wiemy bardzo mało do niczego o tym, co żyje pod nimi, a jedyne miejsca, gdzie mamy przebłysk tego jest na kilka mniejszych półek lodowych, które się zawaliły,” Griffiths powiedział OurAmazingPlanet.

Wykonany w Wielkiej Brytanii robot oceaniczny, nazwany AutoSub, dokonał jednych z pierwszych w historii obserwacji pod szelfem lodowym w 2009 roku, podczas kilku nurkowań w zachodniej Antarktyce. Chociaż robot nie zaoferował spojrzenia na cokolwiek żyjącego tam – nie jest wyposażony w kamery lub ramię do pobierania próbek – dostarczył bezcennych danych dla naukowców badających szybko poruszający się szelf lodowy lodowca Pine Island Glacier, który może być uważany za „ground zero” dla największej antarktycznej tajemnicy w umysłach wielu naukowców: Co się dzieje z lodem?

Icy znikający akt

Czasem i ponownie, badacze wracają do tego pytania. Lód, który budzi największe obawy, to lądolód Antarktydy Zachodniej, który przechodzi bezprecedensowe zmiany i jest prawdopodobnie największym potencjalnym graczem w przyszłym globalnym wzroście poziomu morza.

Badania prowadzone w ciągu ostatnich 25 lat ujawniły, że lądolód spoczywa na lepkich osadach, które mogą pozwolić lodowcom ślizgać się łatwiej niż gdyby płynęły po twardym, skalistym podłożu. Ponadto, duża część dna szelfu lodowego znajduje się poniżej poziomu morza – te dwa czynniki sprawiają, że szelf lodowy jest szczególnie podatny na uszkodzenia, według Roberta Bindschadlera, glacjologa i emerytowanego naukowca NASA.

Wszystko to stało się czymś zaskakującym dla społeczności naukowej. Jeszcze w latach 80-tych XX wieku, pokrywy lodowe nie były nawet brane pod uwagę, gdy badacze modelowali, jak zmiany klimatu mogą wpłynąć na poziom morza, powiedział Bindschadler.

„Ludzie myśleli, 'Pokrywy lodowe, och, one nie mają znaczenia – to trwa tysiąclecia,'” powiedział Bindschadler.

Dane mówią o wiele inną historię: „Obserwacje w ciągu ostatnich 10 lat są, whoa, arkusze lodowe zmieniają się znacznie bardziej dramatycznie, zarówno pod względem wielkości zmiany i skali czasowej, niż my eksperci kiedykolwiek myślał możliwe,” Bindschadler powiedział. „Mówiliśmy o dużych zmianach rzędu stulecia, a obserwujemy duże zmiany rzędu dekady.”

Teraz, gdy naukowcy wiedzą, że szybkie zmiany zachodzą, próbują dowiedzieć się, jak to się dzieje – i wszystkie dowody ujawniły, że ocean jest winowajcą.

„Myślę, że najbardziej krytyczną interakcją jest ta interakcja ocean-lód,” Bindschadler powiedział OurAmazingPlanet. „Z pewnością jest to ten, który jest uruchomienie wszystkich alarmów, jeśli spojrzeć na ostatnie zmiany w arkuszach lodu. To jest wielki młot kowalski, który uderza teraz w pokrywy lodowe, a szczegóły tego, co się dzieje są ukryte.”

To dlatego, że wydaje się, że większość akcji dzieje się pod szelfami lodowymi – tymi gigantycznymi równinami pływającego lodu, które przylegają do krawędzi kontynentu. Satelity i inne narzędzia obserwacyjne nie mogą uzyskać szczegółowego spojrzenia na to, co dzieje się pod nimi.

„Wiemy od jakiegoś czasu, że stosunkowo ciepła woda dostaje się pod niektóre z tych półek lodowych. To, czego jeszcze nie wiemy, to gdzie dokładnie, jak często i jak zmienny jest jej dostęp” – powiedział Stan Jacobs, oceanograf z Lamont-Doherty Earth Observatory na Uniwersytecie Columbia.

„Co kontroluje ten dostęp i jak zmienia się on w czasie, to już inna kwestia” – powiedział Jacobs w rozmowie z OurAmazingPlanet.

Badacze wiedzą, że szelfy lodowe działają jak gigantyczne drzwi dla lodowców. Kiedy półki lodowe stają się cieńsze lub zapadają się razem, lodowce przyspieszają i zrzucają więcej wody do oceanu, podnosząc poziom mórz.

Teraz Bindschadler i inni badacze wyruszają po pierwsze dane temperaturowe spod szelfu lodowego lodowca Pine Island Glacier, ujścia jednego z największych i najszybciej poruszających się lodowców na Antarktydzie, w nadziei na zrozumienie, co dzieje się pod nim.

„Im więcej pomiarów otrzymujemy, tym więcej mamy pytań” – powiedział Bindschadler. „Myślę, że ogólną tajemnicą jest specyficzna natura tych interakcji, które odkryliśmy.”

Nadrzędnym celem dla Bindschadlera i wielu innych badaczy Antarktyki jest przekazanie wystarczającej ilości danych modelarzom, aby mogli zorientować się, jak lód Antarktydy zmieni się w nadchodzących dziesięcioleciach i jak te zmiany wpłyną na resztę świata.

Jeśli lądolód Zachodniej Antarktyki stopi się całkowicie, podniosłoby to globalny średni poziom morza o 16 stóp (5 metrów), według niektórych szacunków. Chociaż jest to mało prawdopodobne przez wiele tysięcy lat, w ciągu ostatnich dwóch dekad lądolód traci coraz więcej masy, a lodowce, które służą mu jako ujście do morza, przyspieszają. Nawet stosunkowo niewielkie zmiany w trzech lądolodach świata (Grenlandii, Antarktydy Wschodniej i Antarktydy Zachodniej) miałyby dramatyczne skutki. A 1 procent volume change in all of them would raise sea levels by about 26 inches (65 centimeters), Bindschadler said.

To get the data that modelers need still requires sleeping out in tiny tents on windswept plains of ice, and working long hours in the perpetual daylight of the Antarctic summer.

„We are still explorers,” Priscu said. „Wcześni odkrywcy, tacy jak Scott i Shackleton, musieli badać granice ludzkiej egzystencji, ale my teraz badamy granice życia w ogóle. Mamy główne globalne hipotezy – byliśmy w stanie osiągnąć wiele w ciągu 100 lat – ale wciąż mamy długą drogę do przebycia i wciąż mamy wiele pytań, na które musimy odpowiedzieć.”

Ta historia została dostarczona przez OurAmazingPlanet, stronę siostrzaną do LiveScience. Skontaktuj się z Andreą Mustain pod adresem [email protected]. Śledź ją na Twitterze @AndreaMustain. Śledź OurAmazingPlanet dla najnowszych wiadomości w nauce o Ziemi i eksploracji na Twitterze @OAPlanet i na Facebooku.

.