Obca planeta w dole mapy
Wiemy, że pod kilometrami lodu znajduje się ląd, prawdziwa terra incognita (łac. "ziemia nieznana"). Od niedawna wiemy też, że w podlodowych oazach, jeziorach i rzekach panują całkiem inne warunki niż na mroźnej powierzchni czapy lodowej. Nie brakuje tam życia. W dodatku zaczynamy odkrywać jego formy dotąd nieznane. Czyżby Obcy? Czy nie poczujemy tego, co Koziołek Matołek, który "po szerokim szukał (wszech)świecie tego, co jest bardzo blisko"?
Geofizycy, wykorzystując złożone algorytmy matematyczne, są w stanie odtworzyć trójwymiarowy obraz powierzchni pod pokrywą lodu. W przypadku Antarktydy to trudne, gdyż sygnał akustyczny musi przebijać się przez kilometry chaotycznie układającego się lodu, powodując znaczny szum w obrazowaniu. Trudne, to nie znaczy jednak niemożliwe i już sporo udało się o tym nieznanym lądzie pod spodem dowiedzieć.
Zimna, wietrzna, sucha i… coraz bardziej zielona
Antarktyda jest najbardziej wietrzną krainą na Ziemi - u wybrzeży Ziemi Adeli wiatry wieją przez 340 dni w roku, a porywy huraganu mogą przekraczać 320 km/godz. Jest też najwyższym kontynentem - jego średnia wysokość wynosi 2040 m n.p.m. (niektóre źródła podają 2290). Drugi najwyższy kontynent świata, czyli Azja, sięga średnio 990 m n.p.m. Antarktyda jest także najsuchsza: w głębi lądu suma rocznych opadów waha się między 30 a 50 mm/m2. W rejonie zwanym suchą doliną McMurdo znajduje się najbardziej suche miejsce na Ziemi - nie było tam opadów śniegu czy deszczu od prawie… 2 mln lat! W tym regionie nie ma także znaczącej pokrywy lodowej. Warunki panujące na tym obszarze - niskie temperatury, bardzo niska wilgotność powietrza i silne wiatry - dają możliwość badania środowiska analogicznego do dzisiejszej powierzchni Marsa.
Antarktyda pozostaje również najbardziej tajemnicza - wynika to z faktu, że odkryto ją najpóźniej. Jej brzeg jako pierwszy zobaczył w styczniu 1820 r. rosyjski żeglarz Fabian Bellingshausen (wg innych źródeł był to Edward Bransfield lub Nathaniel Palmer). Pierwszym człowiekiem, który stanął na lądzie Antarktydy, był zaś Henrik Johan Bull, który 24 stycznia 1895 r. wylądował na Przylądku Adare’a, na Ziemi Wiktorii (choć istnieją też doniesienia o wcześniejszych lądowaniach). W 1898 r. Bull spisał swoje wspomnienia z ekspedycji w książce "The Cruise of the ‘Antarctic’ to the South Polar Regions".
Ciekawe jednak, że choć Antarktyda uważana jest za największą pustynię, robi się coraz bardziej "zielona". Jak donoszą naukowcy, jej obrzeża atakowane są przez obce rośliny i małe zwierzęta. Na ubraniach i butach osób wracających z tego kontynentu znajdowane są nasiona. W latach 2007/2008 naukowcy pobierali je od turystów i badaczy tamtych terenów. Okazało się, że każdy odwiedzający kontynent przywoził na sobie średnio 9,5 ziarna. Skąd się brały? Na podstawie metody obliczeniowej zwanej ekstrapolacją obliczono, że co roku przybywa na Antarktydę 70 tys. nasion. Najwięcej z Ameryki Południowej - przywiewanych przez wiatr lub roznoszonych bezwiednie przez turystów.
Choć wiadomo, że Antarktyda jest najzimniejszym kontynentem, to wciąż nie ma jasności, jak bardzo. Wiele osób być może pamięta z dawnych czasów i atlasów, że za najzimniejszy punkt na Ziemi zwyczajowo uchodziła rosyjska (radziecka) stacja antarktyczna Wostok, gdzie odnotowano -89,2°C. Teraz mamy jednak nowy rekord zimna: -93,2°C - zaobserwowany kilkaset kilometrów od Wostoka, wzdłuż linii między szczytami Dome Argus (Dome A) i Dome Fuji (Dome F). Są to formacje niewielkich kotlin i zagłębień, w których osiada gęste, zimne powietrze.
Temperatura ta została zarejestrowana 10 sierpnia 2010 r. Jednak dopiero niedawno, gdy przeprowadzono dokładne analizy danych z satelitów Aqua i Landsat 8, wiadomo, że padł wówczas rekord mrozu. Ponieważ jednak wskazanie to nie pochodziło z przygruntowego termometru na powierzchni lodowego kontynentu, ale z urządzeń krążących w kosmosie, nie jest uznawane za rekord przez Światową Organizację Meteorologiczną. Naukowcy twierdzą tymczasem, że są to wstępne dane i gdy czujniki termiczne zostaną ulepszone, prawdopodobnie wykryją na Ziemi jeszcze niższe temperatury…
Co jest pod spodem?
W kwietniu 2017 r. badacze poinformowali, że stworzyli najdokładniejszą dotąd trójwymiarową mapę czapy lodowej przygniatającej Antarktydę. Stanowi ona rezultat siedmiu lat obserwacji z orbity okołoziemskiej. W latach 2010-2016 europejski satelita CryoSat z wysokości blisko 700 km dokonał ok. 250 mln pomiarów radarowych grubości antarktycznych lodowców. Naukowcy z ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) chwalą się, że ich przeznaczony do badania lodu satelita zbliża się do rejonów polarnych jak żaden inny - dzięki temu jest w stanie obserwować to, co dzieje się nawet w promieniu 200 km od obu biegunów, południowego i północnego.
Z innej mapy - opracowanej przez uczonych z Brytyjskiej Służby Antarktycznej - wiemy z kolei, co znajduje się pod lodem. Również za pomocą radarów stworzyli oni piękną mapę Antarktydy bez lodu. Pokazuje rzeźbę geologiczną ściśniętego przez lód kontynentu. Wysokie góry, głębokie doliny i dużo, dużo wody. Antarktyda bez lodu byłaby pewnie archipelagiem lub pojezierzem, trudno jednak dokładnie przewidzieć ostateczne jej ukształtowanie, gdyż po pozbyciu się lodowej masy ląd podniósłby się znacząco - nawet o kilometr do góry.
Coraz intensywniejszym badaniom poddaje się także wody morskie pod lodem szelfowym. Podjęto szereg programów, w których nurkowie eksplorują dno morskie pod lodem - chyba najbardziej znane jest trwające wciąż przedsięwzięcie fińskich uczonych. W tych niebezpiecznych i trudnych ze względu na warunki wyprawach nurkujących ludzi zaczynają wyręczać drony. Organizacja Paul G. Allen Philanthropies zainwestowała 1,8 mln dolarów w testy robotów w zdradliwych wodach przyantarktycznych. Zbudowane na Uniwersytecie Stanu Waszyngton cztery drony typu Argo mają zbierać dane i przekazywać je od razu do Seattle. Będą pracować pod lodem, dopóki prądy morskie nie wyprowadzą ich na otwarte wody.
Wielkie grzanie pod wielkim lodem
Antarktyda to kraina lodu, ale pod jej powierzchnią drzemie gorąca lawa. Najaktywniejszym obecnie wulkanem tego kontynentu jest Erebus, znany od 1841 r. Do tej pory wiedzieliśmy o istnieniu około czterdziestu antarktycznych wulkanów, jednak w sierpniu ubiegłego roku badacze z Uniwersytetu w Edynburgu odkryli pod pokrywą lodową aż dziewięćdziesiąt jeden kolejnych, spośród których część ma więcej niż 3800 m wysokości. Jak się okazuje, Antarktyda może być najbardziej aktywnym wulkanicznie obszarem na Ziemi. Autorzy pracy na ten temat - Maximillian van Wyk de Vries, Robert G. Bingham i Andrew Hein - w poszukiwaniu struktur wulkanicznych zbadali cyfrowy model przewyższeń o nazwie Bedmap 2 DEM, otrzymany za pomocą obrazowania radarowego.
Tak gęsto jak na Antarktydzie wulkany ułożone są jedynie w okolicach Wielkiego Rowu Wschodniego, rozciągającego się od Tanzanii do Półwyspu Arabskiego. To kolejna wskazówka, że pod pokrywą lodową prawdopodobnie znajduje się ogromne, intensywne źródło ciepła. Zespół z Edynburga wyjaśnia, że zmniejszenie się pokrywy lodowej może zwiększyć aktywność wulkaniczną - takie zjawisko zaobserwowano na Islandii.
- Antarktyczna, potężna plama gorąca w płaszczu Ziemi to podobny mechanizm, który wytworzył Hawaje i podsyca aktywność wulkaniczną oraz geotermalną w Yellowstone - powiedział geolog Robert Bingham w rozmowie z serwisem theguardian.com. - Jeżeli jeden z antarktycznych wulkanów wybuchnie, doprowadzi to do destabilizacji pokrywy na całej zachodniej części Antarktydy.
Stojąc na warstwie lodu o średniej grubości ok. 2 km, a maksymalnie sięgającej nawet 4,7 km, trudno uwierzyć, że pod nią znajduje się masywne źródło ciepła podobne do tego, które skrywa się w Yellowstone. Według modeli obliczeniowych ilość ciepła emitowanego od spodu Antarktydy wynosi ok. 150 mW/m2 (mW - miliwat; 1 Wat = 1 tys. mW). Energia ta nie zapobiega jednak gromadzeniu się lodowych warstw. Dla porównania, średni strumień ciepła z Ziemi wynosi 40-60 mW/m2, a na terenie Parku Narodowego Yellowstone osiąga średnio 200 mW/m2.
Główną siłą napędową aktywności wulkanicznej na Antarktydzie wydaje się być oddziaływanie płaszcza pod Ziemią Marii Byrd. Geolodzy uważają, że plama gorąca z płaszcza powstała 50-110 mln lat temu, kiedy Antarktyda nie pokryta była jeszcze lodem.
Alpy antarktyczne
W 2009 r. uczeni z międzynarodowego zespołu kierowanego przez dr. Fausta Ferraccioliego z Brytyjskiej Służby Antarktycznej spędzili we wschodniej Antarktydzie dwa i pół miesiąca, walcząc z temperaturą spadającą nawet do -40°C. Skanowali z samolotu radarem, grawimetrem (urządzeniem do pomiaru różnic w przyspieszeniu ziemskim) oraz magnetometrem (mierzącym pole magnetyczne) - a na powierzchni ziemi sejsmografem - rejon, w którym głęboko, nawet do 3 km pod lodowcem, ukrywa się długi na 1,3 tys. km łańcuch Gór Gamburcewa.
Te pokryte warstwą lodu i śniegu szczyty znane są nauce od czasu radzieckich ekspedycji antarktycznych prowadzonych podczas tzw. Międzynarodowego Roku Geofizycznego w latach 1957-1958 (tego samego, z okazji którego na orbitę okołoziemską poleciał Sputnik). Już wtedy naukowcy nie mogli się nadziwić, że w rejonie, który ich zdaniem powinien być płaski jak stół, wyrastają prawdziwe góry. Później badacze z Chin, Japonii i Wielkiej Brytanii opublikowali w „Nature” pierwszą pracę na ich temat. Na podstawie obserwacji radarowych z powietrza narysowali trójwymiarową mapę gór, zwracając uwagę na to, że antarktyczne szczyty do złudzenia przypominają europejskie Alpy. Mają takie same ostre granie i głębokie doliny, którymi w pradawnych czasach płynęły potoki, a w których dzisiaj gdzieniegdzie znajdują się podlodowcowe górskie jeziorka. Uczeni zmierzyli, że czapa lodowa kryjąca centralny fragment Gór Gamburcewa ma od 1649 do 3135 m grubości. Najwyższy szczyt pasma wznosi się na 2434 m n.p.m. (zespół Ferraccioliego skorygował tę liczbę na 3 tys. m).
Naukowcy przeczesali za pomocą swoich instrumentów całe pasmo Gamburcewa, łącznie z rozciągającym się w pobliżu ogromnym pęknięciem skorupy ziemskiej - doliną ryftową, która przypomina Wielkie Rowy Afrykańskie. Ma ona 2,5 tys. km długości i rozciąga się od wschodniej Antarktydy przez ocean w stronę Indii. To w niej znajdują się największe antarktyczne jeziora podlodowcowe, m.in. słynne jezioro Wostok, położone w okolicy wspominanej wcześniej stacji badawczej o tej samej nazwie. Specjaliści twierdzą, że pasmo Gamburcewa, czyli de facto najbardziej tajemnicze góry świata, zaczęło się rodzić aż miliard lat temu. Na Ziemi nie było wtedy jeszcze ani roślin, ani zwierząt, ale kontynenty już wędrowały. Kiedy się zderzyły, na dzisiejszej Antarktydzie wypiętrzyły się góry.
Wiercenie
John Goodge, profesor nauk przyrodniczych na Uniwersytecie Minnesoty Duluth, przybył na najzimniejszy kontynent świata, aby rozpocząć testowanie specjalnie zaprojektowanego wiertła, które mogłoby wwiercić się głębiej w pokrywę lodową Antarktyki, niż udało się to komukolwiek wcześniej.
Dlaczego wiercenie na dnie pokrywy lodowej i pod nią jest tak ważne? Każda dziedzina nauki proponuje na to pytanie swoją odpowiedź. Biolodzy mają np. nadzieję, że w starożytnym lodzie lub pod nim żyją mikroorganizmy, w tym gatunki wcześniej nieznane. Klimatolodzy będą szukać rdzeni lodowych, aby dowiedzieć się więcej o historii klimatu Ziemi i stworzyć lepsze naukowe modele przyszłych zmian klimatycznych. Z kolei dla geologów, takich jak Goodge, skała pod lodem może pomóc wyjaśniać, jak Antarktyda wchodziła w interakcje z innymi dzisiejszymi kontynentami, tworząc potężne superkontynenty przeszłości. Wiercenie rzuci również światło na stabilność pokrywy lodowej.
Projekt Goodge’a o nazwie RAID rozpoczął się w 2012 r. W listopadzie 2015 r. naukowcy wysłali na Antarktydę wspomniane wiertło. Dotarło do stacji McMurdo. Wykorzystując różne technologie obrazowania, takie jak radar do prześwietlania lodu, badacze wskazują na razie potencjalne miejsca odwiertów. Wstępne testy trwają. Prof. Goodge ma nadzieję, że pod koniec 2019 r. będzie dysponował pierwszymi próbkami do badań naukowych.
W trakcie poprzednich projektów wiertniczych granicę wieku miliona lat dla pobieranych z odwiertów próbek lodu antarktycznego osiągnięto już w 2010 r. Był to wtedy najstarszy rdzeń lodowy, jaki kiedykolwiek odkryto. W sierpniu 2017 r. "Science" doniosło, iż zespół Paula Voosena wwiercił się w starożytny lód tak głęboko jak nikt dotąd, odkrywając rdzeń lodowy mający 2,7 mln lat. Rdzenie lodowe z Arktyki i Antarktydy wiele mówią o klimacie i atmosferze minionych epok - głównie dzięki bąbelkom powietrza o składzie podobnym do atmosfery, jaka panowała, gdy pęcherzyki te powstawały.
Badania życia pod lodami Antarktydy:
Życie znane i nieznane
Najbardziej znanym jeziorem ukrytym pod lodami Antarktydy jest jezioro Wostok. To zarazem największe znane jezioro subglacjalne na Antarktydzie kryje się pod lodem na głębokości ponad 3,7 km. Odcięte od światła i kontaktu z atmosferą pozostaje jednym z najbardziej ekstremalnych środowisk na Ziemi.
Pod względem powierzchni i objętości Wostok rywalizuje z jeziorem Ontario w Ameryce Północnej. Ma 250 km długości, 50 km szerokości i aż do 800 m głębokości. Leży w pobliżu bieguna południowego na Antarktydzie Wschodniej. Obecność dużego zakopanego pod lodem jeziora po raz pierwszy zasugerował w latach 60. XX wieku rosyjski geograf/pilot, który zauważył z powietrza dużą, gładką plamę lodu. Lotnicze eksperymenty radarowe prowadzone przez brytyjskich i rosyjskich badaczy w 1996 r. potwierdziły odkrycie w tym miejscu niezwykłego zbiornika.
- Jezioro jest pokryte lodem od co najmniej 15 mln lat - twierdzi Brent Christner, biolog ze stanowego Uniwersytetu w Luizjanie, w komunikacie prasowym relacjonującym wyniki badań próbek lodowych zebranych nad akwenem.
Christner utrzymuje, że jedynym źródłem wody w jeziorze jest ta roztopiona z pokrywy lodowej.
- Według mojej wiedzy nie ma dowodów na napływ lub wypływ wody z jeziora Wostok - mówi.
Jak uważają naukowcy, ciepło geotermalne Ziemi utrzymuje temperaturę wody w jeziorze na poziomie ok. -3°C. Stan ciekły zapewnia ciśnienie nakładającego się lodu.
Analiza form życia sugeruje, że jezioro może być siedliskiem unikatowego ekosystemu opartego na substancjach chemicznych w skałach, żyjącego w izolacji i bez dopływu słońca przez setki tysięcy lat.
- Rodzaje organizmów, które znaleźliśmy w lodzie, sugerowały, że czerpią one swoją energię z minerałów obecnych w jeziorze i ze źródeł z podłoża skalnego - relacjonuje Christner.
Najnowsze badania materiału genetycznego w pokrywie lodowej Wostoka ujawniły fragmenty DNA wielu organizmów spokrewnionych z jednokomórkowymi organizmami występującymi w jeziorach, oceanach i strumieniach z innych części świata. Oprócz grzybów i dwóch gatunków archaicznych (jednokomórkowe organizmy żyjące w środowisku ekstremalnym), naukowcy zidentyfikowali tysiące bakterii, w tym niektóre powszechnie spotykane w układach trawiennych ryb, skorupiaków i robaków. Odkryli kriofile (organizmy żyjące w ekstremalnie niskich temperaturach) i termofile, co sugeruje obecność w jeziorze hydrotermalnych otworów wentylacyjnych. Zdaniem uczonych, obecność zarówno gatunków morskich, jak i słodkowodnych potwierdza teorię, że jezioro było kiedyś połączone z oceanem.
Eksploracja wód pod antarktycznym lodem:
W innym podlodowym jeziorze antarktycznym - Whillansa - również znaleziono nowe dziwne mikroorganizmy, które, jak wyrażają się badacze, "zjadają skały", czyli czerpią z nich mineralne składniki odżywcze. Wiele z tych organizmów to prawdopodobnie chemolitotrofy, które opierają się na nieorganicznych związkach żelaza, siarki i innych pierwiastków.
Pod lodami Antarktydy naukowcy odkryli także tajemniczą, ciepłą oazę, w której być może żyją jeszcze ciekawsze gatunki. Joel Bensing z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego we wrześniu 2017 r. opublikował zdjęcia jaskini lodowej pod językiem lodowca Erebus, na Ziemi Rossa. Chociaż średnie roczne temperatury w tym rejonie wynoszą ok. -17°C, temperatura w systemach jaskiń pod lodowcami może sięgać nawet 25°C. Znajdujące się w pobliżu i pod aktywnym wulkanem Erebus jaskinie zostały wydrążone wskutek wieloletnich przepływów pary wodnej przez ich korytarze.
Jak widać, przygoda ludzkości z prawdziwym i dogłębnym poznawaniem Antarktydy dopiero się rozkręca. Kontynent, o którym wiemy tyle samo lub niewiele więcej niż o obcej planecie, czeka na swoich wielkich odkrywców.
Film NASA o najzimniejszym miejscu na ziemskim globie:
