Ovog ljeta Alex Anesio provest će tri tjedna okružen tisućama rupa u arktičkoj ledenoj ploči. On i njegov tim kampirat će kilometrima od najbližeg naselja, okruženi krajolikom razdvojenim ogromnim, nestabilnim pukotinama. Jedini način ulaska ili izlaska je helikopterom. Zona zvuka znanstvenika svodiće se na škripanje kramova preko leda, nalet ledenih potoka i povremeni stenjanje golemog ledenog lima koji će se sam preurediti.
Povezani sadržaj
- Potvrđeno: i Antarktika i Grenland gube led
„To je kao biti na drugom planetu“, kaže Anesio, biogeohemičar sa Sveučilišta u Bristolu u Engleskoj koji je radio na Arktiku oko 15 godina. "Jedino što vidiš oko sebe je led."
On i njegov tim provest će tjedne na ovom izoliranom krilu ledene ploče Grenlanda kako bi nadzirali lokve koje bi mogle imati moć manipuliranja klimom Zemlje.
Promjeri otvori za cirokonit razlikuju se u veličini, od približno širine olovke do one poklopca kante za smeće. (Joseph Cook) Sposobnost usitnjavanja klimom našeg planeta nije izolirana u arktičkim lokvama. Mikrobi unutar ovih malih bazena i smješteni u sedimentima na dnu jezera ukopani kilometrima ispod leda na Antarktiku mogli bi sadržavati sposobnost ozbiljne promjene globalnog ciklusa ugljika, kao i klimu. A istraživači su tek nedavno započeli navigaciju ovim sitnim svjetovima.
Pudlice koje Anesio proučava nazivaju se kriokonitskim rupama - "cryo" što znači led i "conite" što znači "prašina". Razvijaju se kada se hrpe puhane vjetrom smještaju na bijelu, reflektirajuću površinu ledenjaka ili ledenu plohu. Tamnije od snijega i leda, ove krhotine apsorbiraju više topline od sunca nego okoline i uzrokuje da se led ispod toga rastopi u cilindričnim rupama do oko metra duboke.
Znanstvenici su jednom smatrali da su ove rupe lišene života. Ali sada istraživači otkrivaju da oni zapravo sadrže složene ekosustave mikroba poput bakterija, algi i virusa.
Milijuni ovih rupa, u pravilu od širine olovke do širine poklopca kante za smeće, tanjurića leda po švicarskom obliku sira širom svijeta. Anesioov tim procijenio je da se na globalnoj površini površina ovih rupa povećava na otprilike 9.000 četvornih kilometara. To je malo manje od države New Hampshire.
Kako se ti mračni, mršavi ekosustavi šire preko leda, oni mogu uzrokovati da drugačija reflektivna, rashladna površina apsorbira sve više topline od sunca. To bi moglo potencijalno ubrzati otapanje ledene ploče Grenlanda, izvijestio je tim u ožujku u časopisu Geochemical Perspective Letters .
No Anesiov tim također je otkrio da organizmi u tim rupama mogu imati rashlađujući učinak na planetu aktivnim usisavanjem ugljičnog dioksida iz atmosfere fotosintezom. U stvari, kada mikroorganizmi iznose dovoljno tog stakleničkog plina iz atmosfere, rupe se ponašaju poput ugljikovih odtoka.
Hoće li ove rupe hladiti ili zagrijavati planet, ostaje za vidjeti. No, kako toplija klima stvara više rupa, čini se da je ravnoteža usmjerena prema neto zagrijavanju, a ne učinku hlađenja na atmosferu.
Anesio i njegov tim će ovog ljeta raditi na nadgledanju kemijskih i fizičkih svojstava ovih rupa kako bi bolje razumjeli kako mogu utjecati na ponašanja ledenjaka i klimu koja se mijenja na Zemlji.
Kad se na ledenoj plohi sakupi dovoljno prašine, rupe kriokonita spajaju se i pretvaraju se u jezera, poput ovog na Grenlandu. (Joseph Cook) Ideja da mikroorganizmi mogu živjeti na ledenjacima i ledenim plohama - a kamoli napredovati na globalno značajnim mjerilima - još je uvijek relativno nova za znanost. Do kasnih 1990-ih, istraživači su općenito smatrali da je led na oba pola manje ili više sterilno.
"Kada pogledate ledenjak ili ledenu plohu, ne vidite ništa što bi vam moglo dati do znanja ima li tu života", kaže Jemma Wadham, Anesiova kolegica na Sveučilištu u Bristolu. Biolozi doista nisu proučavali ledenjačke sredine sve do kasnih devedesetih kada su se pojavili prvi dokazi života mikroba.
Prethodni nedostatak interesa nije zbog tehnoloških ograničenja, objašnjava Wadham. Sve što bi bilo potrebno da pronađemo život bilo bi prikupljanje otopljene vode ispred ledenjaka i traženje znakova aktivnih mikroorganizama. "Nitko to nije učinio", kaže Wadham. "To zvuči pomalo ludo, ali pretpostavljam da se stvari ponekad razvijaju."
Od 90-ih godina se vodi istraživanje mikroba koji žive na površini ili ispod ledenjaka i ledenih ploha. Posljednjih godina istraživači su otkrili da ti mikrobi nisu daleko od uspavanja. Zapravo, Anesiov tim izvijestio je u studiji iz 2009. da su mikrobi u nekim kriokonitnim rupama jednako biološki aktivni kao oni koji su pronađeni u toplijim tlima što je južnije od Sredozemlja.
"To je stvarno iznenađujuće s obzirom na nisku temperaturu i niske hranjive uvjete [okoliša]", kaže Joseph Cook, istraživač kriokonitnih rupa na Sveučilištu u Sheffieldu, koji nije bio uključen u to istraživanje.
Tijekom jedne godine ova bi aktivnost mogla kumulativno usisati čak oko 63 000 carskih tona ugljičnog dioksida, izvijestio je Anesioov tim iz 2009. godine. To je uporedivo s emisijama iz oko 13.500 automobila u određenoj godini, kaže on.
"[Anesiova studija] zaista je bio prvi pokušaj kvantificiranja količine ugljika koji je ušao i izlazio iz ovih sustava, što je bio ogroman korak i vrlo važan", kaže Cook.
Alex Anesio i njegov tim spavaju u šatorima na ledu tijekom terenskih studija. Neki se led ispod šatora topi, ali šator se tada ponaša kao izolator i drži većinu baze smrznutom, kaže Anesio. (Chris Bellas) Anesiovi nalazi nisu nužno bili očekivani od slatkovodne vode. Većina ribnjaka i jezera općenito oslobađa više ugljičnog dioksida u atmosferu raspadanjem organskog materijala nego što ga apsorbiraju fotosintezom.
To je zato što većina ribnjaka i jezera sjedi u šumama i prima stalni protok životinjskih i biljnih ostataka iz tih šuma kroz podzemne vode. Kao rezultat toga, ribnjaci i jezera često sadrže puno materijala koji se mogu raspadati, a raspadanje se događa češće nego fotosinteza, objašnjava Anesio.
Rupe kriokonita, s druge strane, izolirane su od šuma - ponekad i na desetine stotina milja - i najveći dio svog organskog materijala primaju kroz krhotine koje se prenose u zraku. Nema toliko materijala za raspad, tako da fotosintezirajuće organizmi obično dominiraju, kaže Anesio.
Ne treba puno da se taj scenarij preokrene. Ako sediment unutar rupa postane previše gust, sunčeva svjetlost ne može doseći dno. To ograničava fotosintezu i brzina razgradnje počinje preuzimati.
"Sve su ove dinamike vrlo ovisne o kretanju leda i reljefu leda", kaže Anesio. To se može mijenjati iz dana u dan i iz sezone u sezonu. "Ponekad se mnogo topi i preraspodjeljujete granule u tanjim slojevima, a ponekad se nakupljaju u određenim dijelovima ledenjaka."
Anesiov tim pokušati će riješiti pitanje kako se ove rupe mijenjaju s vremenom spavanje pokraj njih i praćenje njihove aktivnosti iz dana u dan iz dana u dan.
Zvukovi grčevi i žurbe vode jedna su od jedinih buka koje ćete čuti u ovom okruženju, kaže Anesio. (Chris Bellas) Putujte na suprotni kraj svijeta s mjesta Anesiova polja i naći ćete još jedno svojstvo glečera koje bi moglo igrati važnu ulogu u Zemljinoj klimi: masivna jezera, ukopana ispod 2, 5 kilometra leda Antarktika.
Ova skrivena jezera, koja se po veličini mogu usporediti s Velikim jezerima Sjeverne Amerike, posljednjih su godina privukla pažnju istraživača poput Anesio i Wadham iz nekoliko razloga. Za jedno, ta jezera sadrže vodu koja je bila zarobljena već milijunima godina, u kojem živi ekstremni život koji nikada nije bio izložen ljudskim utjecajima.
Jezera također mogu skladištiti velike količine mocnog stakleničkog plina, smrznutog u obliku koji se naziva metan hidrati. Ako se ledene ploče Antarktike sruše, on bi izložio te hidrate, natapajući ih morskom vodom dok je ocean prao dijelove kontinenta. Destabilizirani hidrati pretvorili bi se u metan plinske mjehuriće i zagrijavali atmosferu, izvijestili su Wadham i kolege u studiji objavljenoj u Natureu 2012. godine.
Koristeći zračne radarske i satelitske snimke, istraživači su u posljednjih 50 godina pronašli više od 400 tih takozvanih podglacijalnih jezera ispod leda na Antarktiku. No tek je 2013. međunarodni tim istraživača prvi put uspješno probušio bušotinu kroz gotovo pola kilometra leda na površinu jednog od ovih jezera.
Uspješno su bušeni 2015. godine na obližnjem mjestu, prvi put ikad stigli do uzemljene ledene plohe. Zona uzemljenja je područje gdje ledena ploča gubi kontakt sa kopnom i pluta u more.
Istraživači uzoraka sedimenata i vode prikupljeni iz kopnene zone pružit će timu novi uvid u stabilnost zapadnog Antarktičkog ledenog lista i njegov potencijal za povećanje globalne razine mora ako se uruši. Tim će također izmjeriti aktivnost mikroba u tim sedimentima kako bi bolje razumjeli ulogu tih pokopanih mikroba u globalnom ciklusu ugljika.
Slawek Tulaczyk, istraživač sa Sveučilišta u Kaliforniji, Santa Cruz koji je bio jedan od vodećih znanstvenika u tim prekretnicama, opisuje napetost u čekanju da njihova oprema stigne na mjesto njihova bušenja u 2013., nakon više od pet godina planiranja s otprilike 50 međunarodnih suradnika.
Istraživači su dogovorili da njihova oprema - ukupna težina oko 300.000 funti - putuje u 12 kontejnera za otpremu preko 800 milja ledene ploče kako bi došli do podglacijalnog jezera Whillans na jugozapadu Antarktika. Plitkije od ostalih podglacijalnih jezera, Whillans je pružao istraživačima pristojnu šansu za uspjeh zbog njegove relativne pristupačnosti u usporedbi s drugim jezerima ukopanim ispod milja leda.
Vozačima kamiona trebalo je dva tjedna da odvezu opremu - neke od njih vrlo osjetljivo - do mjesta bušenja. Sve što bi znanstvenici mogli učiniti je čekati natrag u istraživačkoj stanici McMurdo i poslušati kako kamiondžije pozivaju svoje izvještaje.
"Čuli smo neke stravične priče", kaže Tulaczyk, objašnjavajući da su vozači pozvali da prijave prekinute stvari i zatražili dodatnu opremu za zavarivanje. Srećom, većina oštećenja bila je izolirana na otpremnim kontejnerima, a ne njihovom sadržaju.
"Kad smo ušli unutra, ono što se nalazilo u spremnicima preživjelo je dovoljno dobro da smo ga mogli koristiti, ali sami su kontejneri bili prilično pretučeni i izgledalo je kao da su prošli kroz puno", kaže Tulaczyk.
Tulaczyk i kolege su napravili nešto što se naziva bušilicom za toplu vodu kako bi se pristupilo jezeru Whillans. Tijekom 24 sata, istraživači su bušili rupu promjera oko stopala tako što su snažno pumpajući vruću vodu prema dolje i cirkulirali je tako da, kako se produbila, rupa nije zamrznula u sebi.
Nakon što su uspješno stigli na površinu jezera, istraživači su poslali sonde niz rupu za prikupljanje podataka i uzoraka. Ali to su morali učiniti pažljivo i čisto. Ako su kontaminirali bilo koju njihovu opremu, riskirali su prikupiti moderne mikrobe koji bi zbunili njihove nalaze i uništili inače netaknuto stanište.
Na njihovo uzbuđenje i olakšanje, tim je pronašao dokaze da mikrobi žive u vodi, kaže Tulaczyk. Neki su se trenuci brinuli za tim što su zamišljali godinama planiranja i potrošili milijune dolara u nastojanju da dosegnu beživotnu prazninu.
Njihova otkrića pomažu potpori ideji da bi velike količine hidrata metana koji sadrže mikrone mogli biti pod ledenim plohom Antarktika. Mikrobi bi mogli proizvoditi taj metan raspadajući drevne šume i drugi organski materijal ispod leda, Wadham, Anesio, Tulaczyk i kolege predloženi u svom izvješću o prirodi za 2012. godinu.
Istraživači koji proučavaju kriokonitne rupe ponekad moraju nositi čista odijela kako bi se spriječilo onečišćenje njihovih uzoraka mikroba. (Alex Anesio) Koristeći procjene temeljene na mjerenjima sedimenata prikupljenih ispod ledene ploče Grenlanda - uporedivog, ali mnogo tanjeg analognog antarktičkom ledenom listu, tim je izračunao da bi moglo biti čak 3, 9 milijuna carskih tona metana skrivenih ispod leda Antarktika.
S obzirom na potenciju metana kao stakleničkih plinova, to bi moglo biti problem za Zemljinu atmosferu ako bi se veliki dio ledene plohe rastopio. A prema procjenama istraživača sa Sveučilišta u Massachusettsu, Amhersta i Pennsylvania State University, to bi se moglo dogoditi do kraja stoljeća.
Martin Siegert, glaciolog na Imperial College Londonu, bio je dio tima koji je prvi put opisao podglacijalno jezero 1996. Kaže da su procjene koliko metana sjedi ispod leda na Antarktiku teoretski vjerodostojne.
Međutim, istraživači bi trebali izmjeriti aktivnost mikroba u vlažnim sedimentima ispod ledenih ploča kako bi učvrstili svoju hipotezu, kaže Siegert. "Prilično je jednostavno, vrstu znanosti koju trebate učiniti, poteškoće su tamo i bušenje tople vode."
Čak i da su procjene ledene plohe koja se urušava do kraja stoljeća bile točne, vjerojatno će trebati puno duže nego što učinak hidrata metana bude otkriven u atmosferi, kaže Alexey Portnov, istraživač na Arktiku University of Tromsø u Norveškoj. Portnov proučava ostatke metanskih hidrata izloženih na kraju posljednjeg ledenog doba na Arktiku, kao i metanske hidrate koji se danas odtajaju od arktičke permafroze. Kaže da čak i ako hidrati metana počivaju ispod leda Antarktika i oni se destabiliziraju i počnu bacati metan kroz morsku vodu na površinu, trebati bi stotine godina da ti rezerve metana imaju osjetljiv utjecaj na globalnu klimu.
"Ledene kapke se urušavaju sve brže i brže zadnjih godina", kaže Portnov. "Ali ipak, da bi se količina metana iz tih plinovitih hidrata nekako promijenila, trebat će dosta vremena."
U međuvremenu, metan hidrati odmrzava se od permafrosta i uz plitka grebena morskog dna već pušta taj staklenički plin u atmosferu značajnom brzinom, kaže Portnov. Ledene ploče samo su jedna od mnogih trgovina smrznutim metanom koje se otapaju.
Sljedeći korak za podglacijalni rad hidrata metana bit će osigurati više sredstava za započinjanje još jedne bušilice u dublje jezero. Dosadašnji napori - poput višemilijunskih napora za bušenje u jezeru Ellsworth u 2012. - nisu uspjeli. Dakle, prije pokušaja pristupa dubljim jezerima postojećom opremom, istraživači i inženjeri moraju surađivati na razvoju novih tehnika dubljih projekata.
"Samo moramo stići tamo i uzeti uzorke", kaže Wadham. "To je jedan od izazova u sljedeća dva desetljeća."
Velika prostranstva kriokonita - ili ledene prašine - prekrivaju ledeni list Grenlanda i druge ledenjake širom svijeta, potamnjujući njihove površine i nanoseći im da apsorbiraju toplinu od sunca. (Joseph Cook) Dok ledenjaci i ledene ploče fizički mogu zatrpati velike zalihe ukopanih hidrata metana ili izvući ugljični dioksid iz atmosfere kroz milijune malih rupa, njihovi utjecaji dosežu mnogo dalje od fizičkog otiska.
Na primjer, kada se kriokonitne rupe otope dovoljno duboko da se isuši dno ledenjaka, njihov sadržaj s vremenom može doći do oceana, ispiranje hranjivih tvari u morski ekosustav. To može izazvati cvjetanje algi velikih razmjera koje bi mogle izvući ugljični dioksid iz atmosfere u proporcijama znatno većim od onoga što bi mikrobi u tim rupama mogli povući, kaže Anesio.
"To bi imalo mnogo jači globalni utjecaj jer fiksacija ugljika u oceanu ima ogroman utjecaj na globalni ugljični ciklus", kaže on.
Iako je cjelovita slika utjecaja mikroba na ledenjake na Zemljinu klimu već godinama, Anesio i njegovi kolege polarni istraživači nastavljaju dalje. Suočavanje s tehnološkim problemima i otežanim okruženjem često znače kako njihov napredak odgovara i počinje. Ali ovi izazovi, i intelektualni i fizički, privlače znanstvenike u ove smrznute krajolike.
"Baš je tako lijepo biti tamo, nevjerojatno je", kaže Anesio. „Dimenzije i razmjeri stvari su tako veliki, rijeke i voda i oblik leda. Zaista se radujem odlasku tamo. "
Cook, na Sveučilištu u Sheffieldu, se slaže. Pronalazi polja kriokonitnih rupa koliko oko može vidjeti prilično upečatljivu sliku.
"Pogled u kriokonitne rupe je čudno lijep", kaže Cook. "Vrlo je spokojno i nevjerojatno je vidjeti nešto tako jednostavno na licu mjesta, što na neki način dovodi u pitanje nevjerojatnu složenost onoga što se događa. Nekako hipnotično. "
Bušotina na jezeru Whillans, koja je zahtijevala koordinaciju između oko 50 suradnika iz cijelog svijeta. (JT Thomas)
