W ostatnich latach globalne ocieplenie odcisnęło piętno na antarktycznych pokrywach lodowych. „Wieczny” lód na Antarktydzie topnieje szybciej niż wcześniej zakładano, szczególnie w zachodniej Antarktydzie bardziej niż we wschodniej Antarktydzie. Przyczyną tego może być jego powstawanie, jak odkrył międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez Instytut Alfreda Wegenera: próbki osadów z rdzeni wiertniczych w połączeniu ze złożonym modelowaniem klimatu i pokrywy lodowej pokazują, że trwałe zlodowacenie Antarktydy rozpoczęło się około 34 milionów lat temu — ale nie obejmowało całego kontynentu, jak wcześniej zakładano, lecz ograniczało się do wschodniej części kontynentu (Antarktyda Wschodnia). Dopiero co najmniej 7 milionów lat później lód był w stanie przesunąć się w kierunku wybrzeży Antarktydy Zachodniej. Wyniki nowego badania pokazują, jak zasadniczo odmiennie Antarktyda Wschodnia i Zachodnia reagują na zewnętrzne siły, jak opisują naukowcy w czasopiśmie Science.
Około 34 milionów lat temu nasza planeta przeszła jedną z najbardziej fundamentalnych zmian klimatycznych, która nadal wpływa na globalne warunki klimatyczne: przejście ze świata cieplarnianego, z brakiem lub bardzo małą akumulacją lodu kontynentalnego, do świata lodowcowego, z dużymi, trwale zlodowaciałymi obszarami. W tym czasie narastała pokrywa lodowa Antarktydy. Jak, kiedy i przede wszystkim gdzie, nie było jeszcze wiadomo z powodu braku wiarygodnych danych i próbek z kluczowych regionów, zwłaszcza z Antarktydy Zachodniej, które dokumentują zmiany w przeszłości. Naukowcom z Instytutu Alfreda Wegenera, Centrum Helmholtza ds. Badań Polarnych i Morskich (AWI) udało się teraz wypełnić tę lukę w wiedzy dzięki współpracy z kolegami z British Antarctic Survey, Uniwersytetu w Heidelbergu, Uniwersytetu Northumbria (Wielka Brytania) oraz MARUM – Centrum Nauk o Środowisku Morskim przy Uniwersytecie w Bremie, a także ze współpracownikami z uniwersytetów w Akwizgranie, Lipsku, Hamburgu, Bremie i Kilonii, a także University of Tasmania (Australia), Imperial College London (Wielka Brytania), Université de Fribourg (Szwajcaria), Universidad de Granada (Hiszpania), Leicester University (Wielka Brytania), Texas A&M University (USA), Senckenberg am Meer oraz Federalnego Instytutu Nauk o Ziemi i Zasobów Naturalnych w Hanowerze w Niemczech.
Na podstawie rdzenia wiertniczego, który badacze pobrali za pomocą wiertnicy morskiej MARUM-MeBo70 w miejscu oddalonym od lodowców Pine Island i Thwaites na wybrzeżu Morza Amundsena w zachodniej Antarktydzie, udało im się po raz pierwszy ustalić historię początku lodowatego kontynentu Antarktydy. Co zaskakujące, nie znaleziono żadnych śladów obecności lodu w tym regionie podczas pierwszej głównej fazy zlodowacenia Antarktydy. „Oznacza to, że gdzieś we wschodniej Antarktydzie musiało rozpocząć się duże, trwałe pierwsze zlodowacenie” — mówi dr Johann Klages, geolog z AWI, który kierował zespołem badawczym. Wynika to z faktu, że zachodnia Antarktyda pozostała wolna od lodu podczas tego pierwszego maksimum zlodowacenia. W tym czasie była ona w dużej mierze pokryta gęstymi lasami liściastymi i chłodnym umiarkowanym klimatem, który zapobiegał tworzeniu się lodu w zachodniej Antarktydzie.
Antarktyda Wschodnia i Zachodnia reagują zupełnie inaczej na warunki zewnętrzne
Aby lepiej zrozumieć, gdzie na Antarktydzie utworzył się pierwszy stały lód, paleoklimatyczni modelarze AWI połączyli nowo dostępne dane z istniejącymi danymi na temat temperatur powietrza i wody oraz występowania lodu. „Symulacja potwierdziła wyniki unikalnego rdzenia geologów” — mówi prof. dr Gerrit Lohmann, paleoklimatyczny modelarz w AWI. „To całkowicie zmienia naszą wiedzę na temat pierwszego zlodowacenia Antarktydy”. Zgodnie z badaniem podstawowe warunki klimatyczne sprzyjające tworzeniu się stałego lodu panowały jedynie w regionach przybrzeżnych północnej Ziemi Wiktorii na Antarktydzie Wschodniej. Tutaj wilgotne masy powietrza docierały do silnie wznoszących się Gór Transantarktycznych — idealnych warunków do powstawania stałego śniegu i późniejszego tworzenia się czap lodowych. Stamtąd pokrywa lodowa szybko rozprzestrzeniła się na zaplecze Antarktydy Wschodniej. Jednak minęło trochę czasu, zanim dotarł do Antarktydy Zachodniej: „Dopiero po około siedmiu milionach lat warunki pozwoliły na przesunięcie się pokrywy lodowej w kierunku wybrzeża Antarktydy Zachodniej” — wyjaśnia Hanna Knahl, modelarka paleoklimatyczna w AWI. „Nasze wyniki wyraźnie pokazują, jak zimno musiało się stać, aby lód mógł się przesunąć i pokryć Antarktydę Zachodnią, która w tym czasie znajdowała się już poniżej poziomu morza w wielu częściach”. Badania w imponujący sposób pokazują również, jak odmiennie dwa regiony pokrywy lodowej Antarktydy reagują na wpływy zewnętrzne i fundamentalne zmiany klimatyczne. „Nawet niewielkie ocieplenie wystarczy, aby lód w Antarktydzie Zachodniej znów się stopił — i dokładnie tam jesteśmy teraz” — dodaje Johann Klages.
Wyniki międzynarodowego zespołu badawczego są kluczowe dla zrozumienia ekstremalnej zmiany klimatu z klimatu cieplarnianego na nasz obecny klimat lodowcowy. Co ważne, badanie dostarcza również nowych spostrzeżeń, które pozwalają modelom klimatycznym dokładniej symulować, w jaki sposób obszary trwale zlodowaciałe wpływają na globalną dynamikę klimatu, czyli interakcje między lodem, oceanem i atmosferą. Ma to kluczowe znaczenie, jak mówi Johann Klages: „Szczególnie w świetle faktu, że w niedalekiej przyszłości możemy ponownie stanąć w obliczu tak fundamentalnej zmiany klimatu”.
Wykorzystanie nowej technologii w celu uzyskania unikalnych spostrzeżeń
Naukowcy byli w stanie zamknąć tę lukę w wiedzy dzięki unikalnemu rdzeniowi wiertniczemu, który odzyskali podczas ekspedycji PS104 na statku badawczym Polarstern w zachodniej Antarktydzie w 2017 r. Wiertnica MARUM-MeBo70 opracowana w MARUM w Bremie została użyta po raz pierwszy na Antarktydzie. Dno morskie u zachodnioantarktycznych lodowców Pine Island i Thwaites jest tak twarde, że wcześniej nie można było dotrzeć do głębokich osadów przy użyciu konwencjonalnych metod wiercenia. MARUM-MeBo70 ma obracającą się głowicę tnącą, która umożliwiała wywiercenie około 10 metrów w dnie morskim i pobranie próbek.
Projekt badawczy, a w szczególności ekspedycja Polarstern PS104, finansowany był przez AWI, MARUM, British Antarctic Survey i program NERC UK-IODP.