Nauka, Wszechświat i cała reszta

Królewna Śnieżka i łowcy

Skuta lodem i nieprzenikniona, Antarktyda jest jedynym kontynentem i jednym z niewielu zakątków Ziemi, którego nie udało się nam skolonizować. Po raz pierwszy ukazała się oczom nieustraszonych podróżników dopiero w XIX wieku, a do dziś powstało na niej ledwie kilka stacji badawczych. Poza tym to lodowa pustynia. Słyszymy o niej głównie w czasie programów przyrodniczych opowiadających o pingwinach. Ostatnio jednak zaczęła pojawiać się częściej w wieczornych wiadomościach. Raz po raz docierają do nas bowiem coraz bardziej niepokojące wyniki badań naukowych, które dotyczą topnienia czap lodowych, wynikającego z antropogenicznego globalnego ocieplenia. Chociaż częściej słyszymy o lodowcach Arktyki, Grenlandii czy wreszcie tych pokrywających najwyższe szczyty i pasma górskie, i dla Antarktydy znajduje się od czasu do czasu miejsce w paśmie informacyjnym.

Będąc świadkami topnienia lodowców, rzadko kiedy zastanawiamy się, skąd one w ogóle się wzięły. Czy te pokrywające Antarktydę były tam „od zawsze”? A jeśli nie, jak i kiedy powstały? Tymczasem problem ten jest przedmiotem zainteresowania naukowców. Ich badania zaspokajają nie tylko naturalną ciekawość dotyczącą przeszłości Ziemi, ale również przyczyniają się do lepszego zrozumienia czynników kształtujących klimat.

Niedawno w Science ukazał się artykuł przedstawiający najnowsze wyniki badań dotyczących powstania pokrywy lodowej Antarktydy. Pomyślałem, że jest to świetna okazja, żeby przyjrzeć się temu odległemu kontynentowi i jego lodowcom.

Wiecie, że jeszcze około 35 mln lat temu Antarktyda pokryta była roślinnością? Trudno w to uwierzyć, ale to prawda. Jak to się więc stało, że teraz jest nieprzyjazną, lodową krainą?

Pierwsze kroki
Dla zrozumienia losów Antarktydy kluczowe znaczenie miały badania przeprowadzone przez zespół Jamesa P. Kennetta, których wyniki opublikowano w 1977 roku. Naukowcy dokonali wówczas szeregu odwiertów głębinowych w pobliżu skutego lodem kontynentu.

Badania osadów głębinowych, które wolno opadając na dno oceanów tworzyły kolejne jego warstwy, jest jedną z podstawowych metod badania dawnego klimatu. Dzięki specjalnym świdrom pobiera się liczące nieraz kilka kilometrów rdzenie, które dają przekrój przez dziesiątki milionów lat. Podobną metodą moglibyśmy wysondować z ilu warstw składa się tort i z czego są zrobione. Z tą może różnicą, że tort taki ma zazwyczaj ledwie kilka poziomów. No i do analizy rdzeni oceanicznych nie wystarczą nam jedynie oczy oraz zmysł smaku. Konieczna są skomplikowane analizy chemiczne, dzięki którym dowiedzieć się możemy o składzie chemicznym poszczególnych warstw. Najważniejsze dla odtworzenia dawnego klimatu i jego zmian jest określenie stosunku izotopów kilku pierwiastków, takich jak tlen i węgiel.

Fragment rdzenia lodowego z wyraźnie widocznymi warstwami rocznego przyrostu (źródło: wikipedia)

Przebieg Antarktycznego Prądu Okołobiegunowego według badań satelitarnych (źródło: wikipedia)

Uzyskane w ten sposób przez zespół Kennetta dane pośrednie (ang. proxy data) dostarczyły nam zupełnie nowych informacji dotyczących powstania i ewolucji pokrywy lodowej Antarktydy. Już wcześniej wiadomo było, że kontynent ten znajdował się w rejonie bieguna południowego od okresu wczesnej kredy ponad 100 mln lat temu. Mimo to długo pozostawał wolny od całorocznej śnieżnej czapy. Zlodowacenie rozpoczęło się dopiero na przełomie eocenu i oligocenu, czyli ok. 34 mln lat temu. Okazało się więc, że przybiegunowe położenie nie jest wcale gwarantem czapy lodowej. Skąd więc się wzięła? Według Kennetta powstanie czapy było możliwe dopiero po powstaniu systemu Prądów Południowego Oceanu, szczególnie Antarktycznego Prądu Okołobiegunowego (zwanego inaczej Prądem Wiatrów Zachodnich). Jest to zimny prąd morski, największy z systemów obiegających kulę ziemską. W jego strefie występują niezwykle silne wiatry, sztormy i bardzo gwałtownych zmiany pogodowe. Wykształcenie się Antarktycznego Prądu Okołobiegunowego możliwe było dopiero po oddzieleniu się Antarktydy od Australii i powstaniu Przejścia Tasmańskiego. Równie ważne było poszerzenie i pogłębienie Cieśniny Drake’a, czyli wód oddzielających Antarktydę od Ameryki Południowej. Podziałało to na Królewnę Śnieżkę jak zdjęcie szalika. Została ona termicznie odizolowaniu od innych kontynentów, co ułatwiło powstanie pokrywy lodowej.

Komputery wkraczają do gry
Pierwsze badania antarktycznych rdzeni głębinowych pokazały, że zmiana Antarktydy w lodową krainę było jednym z najbardziej gwałtownych takich przemian, które znamy z zapisu geologicznego. W 2003 roku Robert DeConto i David Pollard stworzyli jeden z pierwszych modeli komputerowych tego procesu. Badacze ci chcieli zrozumieć, jakie czynniki, oprócz powstania Antarktycznego Prądu Okołobiegunowego, miały wpływ na to, że Antarktyda pokryła się lodem. Badacze ci wzięli pod uwagę dane paleogeograficzne, paleoklimatyczne (szczególnie wahania koncentracji CO2 w atmosferze), zmiany orbity naszej małej niebiesko-zielonej planety oraz właściwości termiczne oceanów (przede wszystkim zdolność do magazynowania i transportu ciepła). Po przeprowadzeniu szeregu symulacji, DeConto i Pollard doszli do wniosku, że kluczowe znaczenie dla zamiany Antarktydy w krainę lodu miało zmniejszenie się ilości dwutlenku węgla w atmosferze. Zmiany koncentracji tego gazu, które miały miejsce w eocenie (56-34 mln lat temu), doprowadziły do uformowania się małych, bardzo dynamicznych pokryw lodowych w niektórych częściach Antarktydy. Postępujące zmniejszanie się ilości CO2 doprowadziło w końcu do przekroczenia pewnego granicznego punktu, po osiągnięciu którego nastąpił efekt – nomen omen – śnieżnej kuli. Ten zaś

Cykle Milankowica: Periodyczność orbity i średnia temperatura w okresie 1 miliona lat (1 kyr = tys. lat) (źródło: wikipedia)

doprowadził do rozrostu czap lodowych, a następnie utworzenia jednej, Wschodnioantarktycznej Pokrywy Lodowej – obejmującej znaczną część kontynentu. Według DeConto i Pollarda otwarcie się „południowego przejścia”, czyli oddzielenie się Antarktydy on Australii i Ameryki Południowej, miało drugorzędne znaczenie. Najważniejsza były wahania poziomu CO2. Swój wpływ miały również cykle Milankovicia, czyli periodyczne zmiany parametrów orbity ziemskiej, które obejmują jej ekscentryczność (zmiany wydłużenia elipsy orbity), nachylenie ekliptyki (stopień odchylenia osi obrotu Ziemi od płaszczyzny jej orbity) oraz precesję. Gdzie podział się ten cały dwutlenek węgla, który zniknął z atmosfery? Według DeConto i Pollarda spore znaczenie miało tu wietrzenie skał krzemianowych i ich reakcja z powstającym z CO2 kwasem węglanowym. Równocześnie znacznie ustała aktywność wulkaniczna, co dodatkowo wpłynęło na zachwianie równowagi między emisją a pochłanianiem CO2. Późniejsze badania pokazały, że ilość atmosferycznego CO2 wahała się w tym okresie między 900 a 1700 ppm (części na milion) lub nawet 450 – 1500 ppm, by w końcu ustalić się na poziomie 700-800 ppm (obecnie ok. 400 ppm, przy czym jeszcze na początku XX wieku było to ok. 300 ppm). Ochłodzenie, jakie z tego wynikło wynosiło ok. 2-3 stopnie Celsiusza.

Według innych badań spadek temperatury mógł wynieść nawet 3-4 st. Co więcej, nastąpiło to relatywnie szybko, bo w ciągu mniej niż 350 tys lat. Ponad połowa tego spadku przypadła zaś na ostatnie 40-50 tys. lat. Okamgnienie – w skali geologicznej. Niestety wydaje się, że my jesteśmy szybsi niż naturalne procesu…

Winny był fitoplankton!

Okrzemki pod mikroskopem (źródło: wikipedia)

Zespół Katherine E. Egan stwierdził w 2013 roku, że prócz wietrzenia skał i zmniejszenia się aktywności wulkanicznej, na spadek koncentracji CO2 w atmosferze wpływ miał gwałtowny wzrost populacji różnych gatunków okrzemek. Te mikroskopijne organizmy stanowią podstawę łańcucha pokarmowego oceanów. Same odgrywają również niebagatelną rolę w cyklu węglowym. Jako autotrofy „produkują” sobie żywność w procesie fotosyntezy, pochłaniając przy tym atmosferyczny dwutlenek węgla. Kiedy umierają, dzięki swoim ciężkim pancerzykom, opadają na dno, grzebiąc w ten sposób zassany z powietrza gaz. Boom ten spowodowany był zwiększeniem się siły prądów morskich, które sprawiły, że wody powierzchniowe stały się bardziej przyjazne dla fitoplanktonu, a co za tym idzie morskiego życia w ogóle.

Południkowa cyrkulacja wymienna (źródło: wikipedia)

Jeszcze inni naukowcy zwracają uwagę nie tylko na powstanie Antarktycznego Prądu Okołobiegunowego, ale również wzmocnienie Atlantyckiej południkowej cyrkulacji wymiennej (AMOC – Atlantic meridional overturning circulation), przy jednoczesnym osłabieniu jej pacyficznego odpowiednika. Spowodowało to zmiany w rozkładzie nieorganicznego węgla w oceanach i zwiększenie jego rezerwuaru, co z kolei wpłynęło na zmniejszenie się ilości CO2 w atmosferze. Warto tu dodać, że późniejsze zamknięcie Przesmyku Panamskiego, które miało miejsce ok. 2,5 mln lat temu, i kolejną zmianę układu prądów oceanicznych „obwinia się” o bycie przyczyną powstania i rozrostu pokrywy śnieżnej Grenlandii.

Najnowsze wyniki badań zespołu Simeone Galeottiego, które stały się punktem wyjścia dla tego wpisu, opowiadają nieco bardziej skomplikowaną historię powstania antarktycznych lodowców. Według nich mniej więcej 34 mln lat temu koncentracja CO2 w atmosferze spadła do około 750 ppm. Analiza rdzeni oceanicznych pobranych z dna Morza Rossa pokazała, że między 34 a 31 mln lat temu na zmiany raczej niewielkiej pokrywy lodowej wpływ miały głównie zmiany orbity Ziemi. Podczas pierwszego maksimum oligoceńskiego zlodowacenia między 33,6 a 33,2 mln lat temu lody Antarktydy osiągnęły wielkość ledwie 1/4 dzisiejszej pokrywy. Co więcej, jej rozmiary sprawiały, że dynamicznie reagowała ona na liczące sobie dziesiątki tysięcy lat cykle klimatyczne, powoli powiększając przy tym swoją powierzchnię. Dopiero gdy ok. 32,8 mln lat temu koncentracja CO2 w atmosferze spadła poniżej 600 ppm, powstała pierwsza śnieżna czapa o rozmiarach kontynentalnych. Wówczas przestała ona być wrażliwa na „krótkie cykle” klimatyczne i wpływ na nią zaczęły mieć jedynie te liczące sobie setki tysięcy lat. Sama w sobie stała się za to czynnikiem wpływającym na klimat m.in. poprzez duże albedo, odbijając światło i zmniejszając tym samym temperaturę powierzchni.

W ten właśnie sposób powstała Antarktyda – Królewna Śnieżka, którą znamy dzisiaj. Tylko jak długo?

Mapa Antarktydy (źródło: wikipedia)

Źródła

+

Chcesz wiedzieć więcej?

+
Share this Story
  • Królewna Śnieżka i łowcy

    Skuta lodem i nieprzenikniona, Antarktyda jest jedynym kontynentem i jednym z niewielu zakątków Ziemi, którego nie udało się nam skolonizować. Po ...
Zobacz inne podobne wpisy
Zobacz inne wpisy Kamil Kopij
  • Ludzie, choroby i idee w ruchu: wschodnia część basenu Morza Śródziemnego i nie tylko, cz. 2

    W pierwszej części tekstu poznaliśmy kilku Rzymian, którzy w ciągu swego życia odbyli długie podróże. To m.in. dzięki nim po Imperium ...
  • Ludzie, choroby i idee w ruchu: wschodnia część basenu Morza Śródziemnego i nie tylko, cz. 1

    Pół roku temu pierwszy raz w życiu miałem okazję wygłosić wykład inaugurujący konferencję. Jak to każdy pierwszy raz, było to dla ...
  • Projekt Genesis, czyli jak rozsiać ziemskie życie po kosmicznej okolicy

    W otwierającej scenie Prometeusza, osadzonego w uniwersum Obcego, gniota w reżyserii Ridleya Scotta, przedstawiciel tajemniczej obcej rasy znanej nam jako Inżynierowie, ...
  • Królewna Śnieżka i łowcy

    Skuta lodem i nieprzenikniona, Antarktyda jest jedynym kontynentem i jednym z niewielu zakątków Ziemi, którego nie udało się nam skolonizować. Po ...
  • Sonda 2: Pierwsza krew

    29 września 1989 roku w wypadku samochodowym zginęli Andrzej Kurek i Zdzisław Kamiński, twórcy i prowadzący popularnonaukowego programu SONDA. Ich tragiczna ...
  • Czy Neron prześladował chrześcijan?

    22 lutego tego roku prezydent Andrzej Duda ogłosił Quo vadis lekturą Narodowego Czytania 2016. Obwieszczając werdykt, głowa państwa powiedziała, że powieść ...
  • Władcy pierścieni

    Star Trek J.J. Abramsa z 2009 roku nie zapadnie raczej w pamięć kinomanów, a tym bardziej fanów „Gwiezdnej Wędrówki”. Jest w ...
  • Krótka (pre)historia wojny, cz. 2

    W 2012 roku w Nataruk w północno-zachodniej Kenii archeolodzy natrafili na częściowo odsłonięte szczątki przynajmniej dwudziestu siedmiu osób. Drobiazgowe analizy pokazały, ...
  • Historia jednej monety: medaliony Porusa

    Aleksander Wielki jest bez wątpienia jedną z najbardziej rozpalających wyobraźnie postaci, jakie kiedykolwiek stąpały po Ziemi. Należy on do niezbyt licznego ...
  • Krótka (pre)historia wojny (cz. 1)

    W 2012 roku w Nataruk w północno-zachodniej Kenii archeolodzy natrafili na częściowo odsłonięte szczątki przynajmniej dwudziestu siedmiu osób. Drobiazgowe analizy pokazały, ...
Zobacz inne w kategorii Nauka, Wszechświat i cała reszta

Zobacz

Ludzie, choroby i idee w ruchu: wschodnia część basenu Morza Śródziemnego i nie tylko, cz. 2

W pierwszej części tekstu poznaliśmy kilku Rzymian, którzy ...

Inline
Inline