Duża część Grenlandii była wolnym od lodu krajobrazem tundry – być może pokrytym drzewami i wędrującymi mamutami włochatymi – w niedawnej przeszłości geologicznej (około 416 000 lat temu), nowe badanie w czasopiśmie Science pokazuje. Wyniki pomagają obalić poprzedni pogląd, że znaczna część pokrywy lodowej Grenlandii przetrwała przez większość ostatnich dwóch i pół miliona lat. Zamiast tego umiarkowane ocieplenie, od 424 000 do 374 000 lat temu, doprowadziło do dramatycznego topnienia. W tamtym czasie topnienie Grenlandii spowodowało podniesienie się poziomu mórz o co najmniej pięć stóp, mimo że poziom atmosferycznego dwutlenku węgla zatrzymującego ciepło był znacznie niższy niż obecnie (280 w porównaniu z 420 ppm). Wskazuje to, że pokrywa lodowa na Grenlandii może być bardziej wrażliwa na spowodowane przez człowieka zmiany klimatu, niż wcześniej sądzono – i będzie podatna na nieodwracalne, szybkie topnienie w nadchodzących stuleciach.
Naukowcy z University of Vermont (UVM), Utah State University i czternastu innych instytucji wykorzystali osady z dawno zaginionego rdzenia lodowego, zebranego w tajnej bazie armii amerykańskiej w latach 60., aby dokonać odkrycia. Zastosowali zaawansowane techniki luminescencyjne i izotopowe, aby dostarczyć bezpośrednich dowodów na czas i czas trwania okresu bez lodu.
Zielona Kraina
Podczas zimnej wojny tajna misja armii amerykańskiej w Camp Century w północno-zachodniej Grenlandii przewierciła się przez 4560 stóp lodu na zamarzniętej wyspie – a następnie kontynuowała wiercenie, aby wyciągnąć dwunastometrową rurę ziemi i skał spod lodu. Następnie ten lodowy osad zaginął w zamrażarce na dziesięciolecia. Został przypadkowo ponownie odkryty w 2017 roku i okazało się, że zawiera nie tylko osady, ale także liście i mech, pozostałości krajobrazu wolnego od lodu, być może lasu borealnego.
Ale jak dawno temu rosły te rośliny – gdzie dziś znajduje się pokrywa lodowa o grubości dwóch mil i trzy razy większa od Teksasu?
Międzynarodowy zespół naukowców ze zdumieniem odkrył, że Grenlandia była zieloną krainą zaledwie 416 000 lat temu (z marginesem błędu około 38 000 lat).
Ich nowe badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science 21 lipca 2023 r.
Kuloodporne dowody
Do niedawna geolodzy uważali, że Grenlandia jest lodową fortecą, w większości nietopniejącą od milionów lat. Ale dwa lata temu, używając ponownie odkrytego rdzenia lodowego Camp Century, ten zespół naukowców wykazał, że prawdopodobnie stopił się mniej niż milion lat temu. Inni naukowcy pracujący w środkowej Grenlandii zebrali dane pokazujące, że lód tam topniał co najmniej raz w ciągu ostatnich 1,1 miliona lat – ale do czasu tych badań nikt nie wiedział dokładnie, kiedy lód zniknął.
Teraz, wykorzystując zaawansowaną technologię luminescencyjną i analizę rzadkich izotopów, zespół stworzył wyraźniejszy obraz: duże części pokrywy lodowej Grenlandii stopiły się znacznie później niż milion lat temu. Nowe badanie przedstawia bezpośrednie dowody na to, że osad tuż pod pokrywą lodową został osadzony przez płynącą wodę w środowisku wolnym od lodu podczas okresu umiarkowanego ocieplenia zwanego Marine Isotope Stage 11, od 424 000 do 374 000 lat temu. To topnienie spowodowało wzrost poziomu mórz na całym świecie o co najmniej pięć stóp.
„To naprawdę pierwszy kuloodporny dowód na to, że znaczna część pokrywy lodowej Grenlandii zniknęła, gdy zrobiło się ciepło” – mówi Paul Bierman, naukowiec z University of Vermont, który współkierował nowym badaniem wraz z głównym autorem Drew Christem, habilitowanym geologiem, który pracował w laboratorium Biermana, profesorem Tammy Rittenour z Utah State University i osiemnastoma innymi naukowcami z całego świata.
Zrozumienie przeszłości Grenlandii ma kluczowe znaczenie dla przewidywania, w jaki sposób jej gigantyczna pokrywa lodowa zareaguje na ocieplenie klimatu w przyszłości i jak szybko się stopi. Ponieważ około dwudziestu trzech stóp wzrostu poziomu morza jest uwięzione w lodzie Grenlandii, każdy region przybrzeżny na świecie jest zagrożony. Nowe badanie dostarcza mocnych i precyzyjnych dowodów na to, że Grenlandia jest bardziej wrażliwa na zmiany klimatu niż wcześniej sądzono – i istnieje poważne ryzyko nieodwracalnego topnienia.
„Przeszłość Grenlandii, zachowana w dwunastu stopach zamarzniętej gleby, sugeruje ciepłą, wilgotną i w dużej mierze wolną od lodu przyszłość planety Ziemi” – mówi Bierman, geolog z Rubenstein School of the Environment and Natural Resources i członek Instytutu Środowiska Gund, „chyba że możemy radykalnie obniżyć stężenie dwutlenku węgla w atmosferze”.
W światło
Nowe badania zespołu w Science, w połączeniu z ich wcześniejszymi pracami, powodują poważne i niepokojące przemyślenie historii pokrywy lodowej Grenlandii. „Zawsze zakładaliśmy, że pokrywa lodowa Grenlandii powstała około dwóch i pół miliona lat temu – i była tam przez cały ten czas i że jest bardzo stabilna” – mówi Tammy Rittenour, naukowiec z Utah State University i współautorka nowego badania. „Być może krawędzie stopiły się lub przy większej ilości opadów śnieg stał się nieco grubszy – ale nie znika i nie topnieje dramatycznie. Ale ten artykuł pokazuje, że tak się stało”.
W laboratorium Rittenoura osad z rdzenia Camp Century został zbadany pod kątem tak zwanego „sygnału luminescencyjnego”. Ponieważ kawałki skał i piasku są przenoszone przez wiatr lub wodę, mogą być wystawione na działanie światła słonecznego – co w zasadzie zeruje wszelki poprzedni sygnał luminescencyjny – a następnie ponownie zakopane pod skałą lub lodem. W ciemności z czasem minerały kwarcu i skalenia w osadzie gromadzą uwolnione elektrony w swoich kryształach. W wyspecjalizowanym ciemnym pomieszczeniu zespół Rittenoura pobrał fragmenty osadu rdzenia lodowego i wystawił je na działanie niebiesko-zielonego lub podczerwonego światła, uwalniając uwięzione elektrony. Dzięki zaawansowanym narzędziom i miarom oraz wielu powtarzanym testom liczba uwolnionych elektronów tworzy rodzaj zegara, który dokładnie pokazuje, kiedy osady te były ostatnio wystawione na działanie słońca. „A jedynym sposobem, aby to zrobić w Camp Century, jest usunięcie mili lodu”, mówi Rittenour, „Plus, aby mieć rośliny, musisz mieć światło”.
Te potężne nowe dane zostały połączone z wnioskami z laboratorium UVM Biermana. Tam naukowcy badają kwarc z rdzenia Camp Century. Wewnątrz tego kwarcu rzadkie formy – zwane izotopami – pierwiastków berylu i aluminium gromadzą się, gdy ziemia jest wystawiona na działanie nieba i może zostać uderzona promieniami kosmicznymi. Przyjrzenie się stosunkom berylu i innych izotopów dało naukowcom wgląd w to, jak długo skały na powierzchni były odsłonięte w porównaniu z zakopanymi pod warstwami lodu. Dane te pomogły naukowcom wykazać, że osad Camp Century był wystawiony na działanie nieba mniej niż 14 000 lat przed osadzeniem się pod lodem, zawężając okno czasowe, kiedy ta część Grenlandii musiała być wolna od lodu.
Pod lodem
Camp Century była bazą wojskową ukrytą w tunelach pod pokrywą lodową Grenlandii w latach 60. Jednym ze strategicznych celów obozu była ściśle tajna operacja o nazwie Project Iceworm, mająca na celu ukrycie setek pocisków nuklearnych pod lodem w pobliżu Związku Radzieckiego. Jako przykrywkę armia twierdziła, że obóz był arktyczną stacją naukową.
Misja rakietowa zakończyła się fiaskiem, ale zespół naukowy przeprowadził pierwsze w swoim rodzaju badania, w tym wywiercił rdzeń lodowy o głębokości prawie mili. Naukowcy z Camp Century skupili się na samym lodzie – w ramach wysiłków zmierzających do zrozumienia przeszłych epok lodowcowych i ciepłych okresów Ziemi, interglacjałów. Nie interesowało ich dwanaście stóp osadu zebranego spod rdzenia lodowego. Następnie, w dziwacznej historii, rdzeń lodowy został przeniesiony w latach siedemdziesiątych z wojskowej zamrażarki na Uniwersytet w Buffalo, a następnie do innej zamrażarki w Danii w latach dziewięćdziesiątych. Tam zaginął na dziesięciolecia – dopóki nie został ponownie znaleziony, gdy rdzenie były przenoszone do nowej zamrażarki. Więcej o tym, jak rdzeń został utracony, ponownie odkryty w niektórych słoikach z ciastkami, a następnie zbadany przez międzynarodowy zespół zgromadzony w Gund Institute for Environment na Uniwersytecie w Vermont, można przeczytać tutaj: Secrets Under the Ice.
Poziom morza
Camp Century znajduje się 138 mil w głąb lądu od wybrzeża i tylko 800 mil od bieguna północnego; Nowe badanie Science pokazuje, że region całkowicie się stopił i został pokryty roślinnością podczas etapu 11 izotopu morskiego, długiego interglacjału z temperaturami podobnymi lub nieco wyższymi niż obecnie. Dzięki tym informacjom modele zespołu pokazują, że w tym okresie pokrywa lodowa stopiła się na tyle, że spowodowała wzrost poziomu morza o co najmniej pięć stóp, a być może nawet o dwadzieścia stóp. Badania, wspierane przez amerykańską Narodową Fundację Nauki, pokrywają się z odkryciami z dwóch innych rdzeni lodowych zebranych w latach 90. XX wieku z centrum Grenlandii. Osad z tych rdzeni sugeruje również, że gigantyczna pokrywa lodowa stopiła się w niedawnej przeszłości geologicznej. Połączenie tych wcześniejszych rdzeni z nowym odkryciem z Camp Century ujawnia kruchą naturę całej pokrywy lodowej Grenlandii – w przeszłości (280 części na milion atmosferycznego CO2 lub mniej) i obecnie (422 ppm i rośnie).
„Jeśli stopimy tylko część pokrywy lodowej Grenlandii, poziom mórz dramatycznie się podniesie” – mówi Tammy Rittenour z Utah. „Modelując w przód tempo topnienia i reakcję na wysoki poziom dwutlenku węgla, patrzymy na metry wzrostu poziomu mórz, prawdopodobnie dziesiątki metrów. A potem spójrz na wysokość Nowego Jorku, Bostonu, Miami, Amsterdamu. Spójrz na Indie i Afrykę – większość światowych skupisk ludności znajduje się blisko poziomu morza”.
„Czterysta tysięcy lat temu na wybrzeżu nie było miast”, mówi Paul Bierman z UVM, „a teraz na wybrzeżu są miasta”.
Wideo: https://youtu.be/Z3RrCWhc558