Rekordowo stary, liczący sobie 2,7 mln lat rdzeń lodowy z Antarktydy

Rdzenie lodowe z lądolodów Antarktydy i Grenlandii stanowią jedno z najcenniejszych źródeł informacji o przeszłym klimacie. Z uwięzionych w lodzie pęcherzyków powietrza, drobin pyłu i składu izotopowego węgla, tlenu, wodoru i innych pierwiastków możemy uzyskać wiele informacji, np. odtworzyć historię zmian koncentracji gazów cieplarnianych, temperatury czy aerozolu atmosferycznego .

Rysunek 1: Obóz naukowców z Pricneton University na Antarktydzie, zdjęcie Sean Mackay, Department of Geosciences, Princeton University (źródło).

Standardowo, naukowcy dokonują odwiertu w miejscu, w którym kolejne warstwy lodu akumulowały się rok po roku, a ich układ nie był zaburzany przez ruch lądolodu. Daje to ciągły zapis warunków klimatycznych i umożliwia precyzyjne datowanie warstw. Jednak ponieważ płynące z wnętrza Ziemi ciepło powoli topi znajdujące się w kontakcie ze skałami najgłębsze warstwy lodu, nie udało się w ten sposób pozyskać lodu starszego niż 800 tysięcy lat. Podejmuje się starania znalezienia miejsc z jeszcze starszym lodem, być może nawet sprzed 1,5 mln lat, do tej pory wydawało się to jednak najdalszą granicą wieku możliwych do pozyskania uwarstwionych rdzeni lodowych.

Około 3 milionów lat temu zaczął się cykl epok lodowych; wcześniej klimat Ziemi był znacznie cieplejszy. Posiadanie rdzeni lodowych sięgających wstecz tego wcześniejszego okresu pozwoliłoby pogłębić naszą wiedzę na temat dawnego klimatu i mechanizmów zmian. Biorąc pod uwagę wysoką jakość pozyskiwanych w ten sposób danych paleoklimatycznych, taki stary lód byłby niezwykle cenny. I okazuje się, że można go znaleźć!

Rysunek 2: Niebieski lód powstaje, gdy w głębokich warstwach lodu – znajdującego się pod dużym ciśnieniem – pęcherzyki powietrza są ściskane tak bardzo, że praktycznie znikają, a kryształy lodu rozrastają się (źródło).

Na około 1% powierzchni Antarktydy znajduje się tzw. „niebieski lód”, powstały w głębokich warstwach lądolodów. Gdzieniegdzie, w miejscach takich jak skaliste łańcuchy górskie, przepływ lądolodu powoduje wynoszenie głębokich warstw starego lodu na powierzchnię. Ponieważ w takim przypadku nie występują stosunkowo łatwe do datowania warstwy, trzeba sięgnąć po metody datowania izotopowego. W tym przypadku są to metody bazujące na analizie koncentracji izotopów potasu 40K i argonu 40Ar w próbkach. Są one mniej dokładne od metod datowania „standardowych” rdzeni lodowych, pozwalając na oszacowanie wieku lodu z dokładnością do ok. 100 tys. lat (Bender i in., 2007).

Na konferencji, która odbyła się w sierpniu w Paryżu, przedstawiono wyniki pokazujące, że udało się pozyskać do analizy lód liczący sobie 2,7 mln lat, ponad trzykrotnie starszy od dotychczasowego rekordzisty. Uwięzione w tym lodzie cząsteczki pozwalają określić skład atmosfery, w tym stężenie gazów cieplarnianych w czasach, gdy cykl epok lodowcowych dopiero się rozpoczynał. To pierwsza próbka atmosfery z tak dawnych czasów, do której mamy dostęp.

Zespół naukowców z Uniwersytetu w Princeton prowadził poszukiwania starego niebieskiego lodu na Allan Hills, wietrznym regionie położonym we wschodniej Antarktydzie, około 200 km od bazy McMurdo.

Rysunek 3: Rdzeń lodowy z niebieskiego lodu pobierany na Allan Hills Antarktydzie. Zdjęcie Yuzhen Yan, Department of Geosciences, Princeton University (Źródło).

Pierwszy odwiert wykonano w 2010 roku, w miejscu, gdzie grubość warstwy lodu była niewielka, a sam lód pod naporem spływającego lodowca był wpychany na wzgórze. Badacze liczyli, że w nierównościach w podłożu skalnym natkną się na stary błękitny lód. Odwiert był prowadzony poziomo, w kierunku wzgórza, z nadzieją, że w miarę zbliżania się do zbocza pozyskiwany lód będzie coraz starszy. Założony na badania czas skończył się po zrobieniu odwiertu o długości 128 metrów i prace trzeba było zakończyć jeszcze przed dowierceniem się do podłoża skalnego. Analizy próbek pokazały jednak, że udało się pozyskać lód liczący około miliona lat (Higgins i in., 2015), czyli więcej, niż w „konwencjonalnych” rdzeniach lodowych; choć nie na tyle, by można to było określić mianem przełomu w badaniach.

W 2015 roku zespół badawczy powrócił i podjął kolejną próbę. Warunki pracy były bardzo trudne – naukowcy musieli pracować w bardzo niskich temperaturach i przy silnym wietrze – udało się jednak przedłużyć odwiert o kolejne 20 metrów, tym razem sięgając aż do skały. Okazało się, że szczęście im dopisało i pozyskane próbki lodu pochodzą nawet sprzed 2,7 mln lat.

Rysunek 4: Namiot roboczy ekspedycji z Princeton University zniszczony przez burzę śnieżną. Zdjęcie: Preston Cosslett Kemeny, Department of Geosciences, Princeton University (źródło).

Badania tych próbek pokazują stężenia dwutlenku węgla nie przekraczające 300 ppm. To znacznie poniżej obecnych 400 ppm. Wiele modeli klimatu przewiduje, że tak niskie stężenia CO2 są niezbędne, by klimat Ziemi mógł wchodzić w epoki lodowe (deConto i in., 2008). Z drugiej strony niektóre wskaźniki klimatyczne pozyskiwane ze skamieniałych pozostałości zwierząt żyjących w płytkich warstwach oceanów wskazywały na wyższe stężenia CO2. Jeśli wstępne rezultaty badań fragmentów niebieskiego lodu potwierdzą się, konieczne będzie wykonanie przekalibrowania (zmiany punktów odniesienia/przeliczenia) tych wskaźników i uznanie, że obecne stężenia gazów cieplarnianych są najwyższe od kilkunastu milionów lat.

Odkrycie otwiera drogę do pozyskania nawet jeszcze starszego lodu. Badacze z Princeton zamierzają powrócić i kontynuować badania. Większa liczba próbek nie tylko pozwoli na uzyskanie większej liczby „migawek” z przeszłości, ale daje też szansę natrafienia na jeszcze starszy lód, sprzed nadejścia okresu epok lodowych, gdy – jak pokazują aktualne wskaźniki – poziom CO2 był wyższy.

Są dowody na to, że w niektórych miejscach lądolód na Antarktydzie zalega od 30 mln lat. Oczywiście w tym czasie nastąpiła wielokrotna jego wymiana: lądolód nadbudowuje się wewnątrz kontynentu i spływa do oceanu. Jest jednak możliwe, że część starego lodu „utknęła” w różnych pułapkach i że następna wyprawa naukowców powróci z lodem liczącym może i nawet 5 mln lat – z okresu, w którym globalny klimat był cieplejszy o ok. 3 stopnie – wzrost temperatury, do którego zmierzamy jeszcze w tym stuleciu emitując do atmosfery gazy cieplarniane.

Marcin Popkiewicz na podst. Record-shattering 2.7-million-year-old ice core reveals start of the ice ages

Opublikowano: 2017-09-25 21:26
Tagi

paleoklimatologia pomiary i obserwacje

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.