Toto léto stráví Alex Anesio tři týdny obklopené tisíci děr v arktické ledové pokrývce. Spolu se svým týmem utáboří kilometry od nejbližší osady obklopené krajinou roztrhanou obrovskými nestabilními trhlinami. Jediným způsobem dovnitř nebo ven je vrtulník. Zvukový obraz vědců bude zredukován na drtění mačiček přes led, nával ledovcových proudů a občasné zasténání masivního ledového plátu, který se sám přeskupuje.
Související obsah
- Potvrzeno: Antarktida i Grónsko ztrácí led
"Je to jako být na jiné planetě, " říká Anesio, biogeochemista z University of Bristol v Anglii, který pracuje v Arktidě asi 15 let. "Jediná věc, kterou kolem sebe vidíš, je led."
Spolu se svým týmem stráví týdny na této izolované ploše ledového příkrovu Grónska, aby sledoval louže, které mohou mít sílu manipulovat se zemským klimatem.
Průměry otvorů v kyprém se liší od šířky tužky po šířku popelnice. (Joseph Cook) Schopnost pohrávat si s klimatem naší planety není izolovaná od arktických louží. Mikroby uvnitř těchto malých kaluží a usazené v usazených sedimentech zasypaných mil pod antarktickým ledovým štítem, mohly skrývat schopnost vážně změnit globální uhlíkový cyklus i klima. A vědci teprve nedávno začali navigovat tyto nepatrné světy.
Kaluže, které Anesioovy studie nazývají děrami kryokonzitu - „kryo“ znamená led a „konite“ znamená „prach“. Vyvíjí se, když se hromady větrem foukaných zbytků usazují na bílém reflexním povrchu ledovce nebo ledové pokrývky. Tmavší než sníh a led, tento úlomek pohlcuje více tepla ze slunce než jeho okolí a způsobuje, že se led pod ním roztavil do válcových otvorů až do hloubky asi nohy.
Vědci si jednou mysleli, že tyto díry postrádají život. Vědci však nyní zjišťují, že ve skutečnosti obsahují komplexní ekosystémy mikrobů, jako jsou bakterie, řasy a viry.
Miliony těchto otvorů, obvykle sahajících od šířky tužky po šířku popelnice, mohou označit ledové pláty švýcarským sýrovým vzorem po celém světě. Tým společnosti Anesio odhadl, že celková plocha těchto děr v celosvětovém měřítku činí zhruba 9 000 čtverečních mil. To je o něco menší než ve státě New Hampshire.
Jak se tyto temné, chmurné ekosystémy rozšiřují po ledu, mohou způsobit, že by jinak byl reflexní chladicí povrch, který absorbuje stále více tepla ze slunce. To by potenciálně mohlo urychlit tání ledové pokrývky Grónska, informoval tým v březnu v časopise Geochemical Perspective Letters .
Tým Anesio však také zjistil, že organismy v těchto dírách mohou mít na planetě chladivý účinek aktivním vysáváním oxidu uhličitého z atmosféry fotosyntézou. Ve skutečnosti, když mikroorganismy odeberou dostatek tohoto skleníkového plynu z atmosféry, díry se chovají jako propady uhlíku.
Zda tyto díry pomáhají ochlazovat nebo zahřívat planetu, teprve uvidíme. Ale protože teplejší klima vytváří více děr, zdá se, že rovnováha se spíše převrací k čistému oteplování než k ochlazování atmosféry.
Anesio a jeho tým budou letos v létě pracovat na sledování chemických a fyzikálních vlastností těchto děr ve vzrušujícím detailu, aby lépe porozuměli tomu, jak mohou ovlivnit chování ledovců a změnu klimatu Země.
Když se na ledové vrstvě hromadí dostatek prachu, spojí se kryokonitové díry a promění se v jezera, jako je toto v Grónsku. (Joseph Cook) Myšlenka, že mikroorganismy mohou žít na ledovcích a ledových plánech - natož prosperovat na globálně významných stupnicích - je věda stále relativně nová. Až do konce 90. let vědci obecně považovali led na obou pólech za víceméně sterilní prostředí.
"Když se podíváte na ledovec nebo ledovou pokrývku, nevidíte nic, co by vám mohlo poskytnout vodítko k tomu, zda tam je život, " říká Jemma Wadham, kolega Anesio z University of Bristol. Biologové studovali glaciální prostředí až do konce 90. let, kdy se objevil první důkaz mikrobiálního života.
Wadham vysvětluje, že předchozí nezájem nebyl kvůli technologickým limitům. Vše, co by trvalo, než by se našel život, by bylo sbírat tající vodu před ledovcem a hledat známky aktivních mikroorganismů. "Nikdo to neudělal, " říká Wadham. "Což zní trochu šíleně, ale myslím, že tak se někdy věci vyvíjejí."
Od 90. let došlo k nárůstu výzkumu zkoumajícího mikroby, které žijí na povrchu nebo pod ledovci a ledovými pláty. V posledních letech vědci zjistili, že tyto mikroby zdaleka nejsou spící. Ve skutečnosti tým společnosti Anesio ve studii z roku 2009 uvedl, že mikroby v některých děrách kryokonitu jsou stejně biologicky aktivní jako mikroby nalezené v teplejších půdách až na jih od Středozemního moře.
"Bylo to opravdu překvapivé, vzhledem k nízkým teplotám a nízkým nutričním podmínkám [prostředí], " říká Joseph Cook, výzkumník děr kryokonity na University of Sheffield, který se této studie nezúčastnil.
V průběhu roku by tato aktivita mohla kumulativně nasát až odhadem 63 000 tun císařského oxidu uhličitého, uvedl tým Anesio v dokumentu z roku 2009. To je srovnatelné s emisemi z přibližně 13 500 aut v daném roce, říká.
„[Anesiova studie] byl opravdu prvním pokusem kvantifikovat množství uhlíku, které do těchto systémů přicházelo a odcházelo, což byl obrovský krok a velmi důležité, “ říká Cook.
Alex Anesio a jeho tým během jejich terénních studií spali ve stanech na ledě. Část ledu pod stanem se rozpustí, ale stan se potom chová jako izolátor a udržuje většinu základny zamrzlou, říká Anesio. (Chris Bellas) Anesiova zjištění nebyla nutně tím, co byste očekávali od sladkovodního útvaru. Většina rybníků a jezer obecně uvolňuje více oxidu uhličitého do atmosféry rozkladem organického materiálu, než absorbují fotosyntézou.
Je tomu tak proto, že většina rybníků a jezer sedí v lesích a dostává z těchto lesů stabilní toky živočichů a rostlin z podzemních vod. V důsledku toho rybníky a jezera často obsahují hodně rozložitelného materiálu a rozklad se často vyskytuje častěji než fotosyntéza, vysvětluje Anesio.
Na druhé straně děrované kryokonity jsou izolovány od lesů - někdy až desítkami stovek kilometrů - a většinu svého organického materiálu přijímají skrz skvrny ve vzduchu. Neexistuje tolik materiálu, který by se měl rozebrat, takže fotosyntetizující organismy mají tendenci dominovat, říká Anesio.
To však netrvá moc, aby se tento scénář otočil. Pokud je sediment uvnitř otvorů příliš silný, sluneční světlo nemůže dosáhnout dna. To omezuje fotosyntézu a rychlost rozkladu začíná přebírat.
"Všechny tyto dynamiky jsou velmi závislé na pohybu ledu a reliéfu ledu, " říká Anesio. To se může měnit ze dne na den a ze sezóny na sezónu. "Někdy máš hodně tání a ty granule přerozděluješ v tenčích vrstvách, nebo se někdy hromadí v určitých částech ledovce."
Tým Anesio se bude snažit vyřešit otázku, jak se tyto díry v průběhu času mění, spaním vedle nich a sledováním jejich aktivity den co den v létě.
Zvuky maček a tekoucí vody patří mezi jediné zvuky, které v tomto prostředí uslyšíte, říká Anesio. (Chris Bellas) Vydejte se na opačný konec světa z terénního areálu Anesio a najdete další rysy ledovců, které by mohly hrát důležitou roli v zemském klimatu: masivní jezera, zakopaná pod 2, 5 mil antarktického ledu.
Tato skrytá jezera, která jsou svou velikostí srovnatelná s Velkými jezery Severní Ameriky, v posledních letech upoutala pozornost vědců, jako jsou Anesio a Wadham, z několika důvodů. Za prvé, tato jezera obsahují vodu, která byla uvězněna po miliony let, která skrývá extrémní život, který nebyl nikdy vystaven lidským vlivům.
Jezera mohou také ukládat velké objemy silného skleníkového plynu metanu, zmrazeného ve formě zvané hydráty metanu. Pokud se ledové pokrývky Antarktidy zhroutí, vystaví tyto hydráty a zaplaví je mořskou vodou, zatímco oceán se vyplaví přes části kontinentu. Destabilizované hydráty se promění v plynné bubliny metanu a zahřejí atmosféru, uvedli Wadham a jeho kolegové ve studii zveřejněné v roce 2012 v časopisu Nature .
Pomocí leteckých radarových a satelitních snímků vědci za posledních 50 let lokalizovali více než 400 těchto tzv. Subglaciálních jezer pod antarktickým ledovým štítem. Až v roce 2013 však ambiciózní mezinárodní tým vědců poprvé vyvrtal vrt téměř půl míle ledu na povrch jednoho z těchto jezer.
Úspěšně znovu vrtali v roce 2015 v blízkém místě a poprvé dosáhli uzemňovací zóny ledové pokrývky. Uzemňovací zóna je oblast, kde ledová pokrývka ztrácí kontakt s pevninou a plave do moře.
Výzkumníci ze vzorků sedimentu a vody shromážděné z uzemňovací zóny poskytnou týmu nové poznatky o stabilitě ledového příkrovu Západního Antarktidy a jeho potenciálu zvýšit globální hladiny moře, pokud se zhroutí. Tým bude také měřit mikrobiální aktivitu v těchto sedimentech, aby lépe porozuměl úloze těchto zakopaných mikrobů v globálním uhlíkovém cyklu.
Slawek Tulaczyk, výzkumník z University of California, Santa Cruz, který byl jedním z předních vědců v těchto mezníkových úspěších, popisuje napětí, které čeká, až jejich zařízení dorazí na své vrtací místo v roce 2013, po více než pěti letech plánování s zhruba 50 mezinárodních spolupracovníků.
Vědci zařídili, aby jejich zařízení - souhrnně vážící asi 300 000 liber - cestovalo do 12 přepravních kontejnerů přes 800 mil ledové pokrývky a dosáhlo subglaciálního jezera Whillans na jihozápadě Antarktidy. Whillans mělčí než jiná subglaciální jezera poskytovala vědcům slušnou šanci na úspěch díky relativní dostupnosti ve srovnání s jinými jezery pohřbenými pod kilometry ledu.
Trvalo dva týdny, než řidiči nákladních vozidel vytáhli zařízení - některé z nich velmi choulostivé - na místo vrtání. Všichni vědci mohli čekat na výzkumné stanici McMurdo a poslouchat, jak zavolali provozovatelé nákladních vozidel se svými zprávami.
"Slyšeli jsme několik hororových příběhů, " vysvětluje Tulaczyk a vysvětluje, že řidiči se zavolali, aby hlásili rozbité předměty a požadovali dodatečné svařovací zásoby. Naštěstí většina škod byla izolována na přepravních kontejnerech a ne na jejich obsahu.
"Když jsme letěli dovnitř, to, co bylo uvnitř kontejnerů, přežilo dost dobře, abychom je mohli použít, ale samotné kontejnery byly docela zmlácené a vypadaly, jako by prošly hodně, " říká Tulaczyk.
Tulaczyk a jeho kolegové sestavili něco, co se nazývalo vrták na horkou vodu, aby se dostali k jezeru Whillans. V průběhu 24 hodin vědci nudili díru o průměru asi jedné nohy tak, že čerpali horkou vodu násilně dolů a cirkulovali ji tak, aby se její prohlubování samo o sobě nezmrzlo.
Jakmile úspěšně dosáhli povrchu jezera, vědci poslali sondy dolů po díře, aby sbírali data a vzorky. Museli to však dělat opatrně a čistě. Pokud kontaminovali některé ze svých zařízení, vystavili se riziku sběru moderních mikrobů, které by zmatily jejich nálezy a poškodily jinak nedotčené stanoviště.
K jejich nadšení a úlevě našel tým důkazy o mikrobech žijících ve vodě, říká Tulaczyk. Byly chvíle, po které se tým bál, že se proplétali roky plánování a utratili miliony dolarů za úsilí o dosažení bezvýchodné prázdnoty.
Jejich nálezy podporují myšlenku, že pod antarktickou ledovou pokrývkou by mohlo sedět velké množství mikrobiálně získaných hydrátů metanu. Mikroby by mohly tento metan vyrábět rozkladem starodávných lesů a jiného organického materiálu pod ledem, Wadham, Anesio, Tulaczyk a jeho kolegové, navrhovaných ve své Zprávě o přírodě z roku 2012.
Vědci studující děr kryokonitu musí občas nosit čisté obleky, aby se zabránilo kontaminaci jejich mikrobiálních vzorků. (Alex Anesio) Použitím odhadů založených na měřeních ze sedimentů shromážděných pod grónským ledovým štítem - srovnatelný, ale mnohem tenčí analog s ledovým štítem Antarktidy - tým vypočítal, že pod antarktickým ledem by mohlo být ukryto až 3, 9 milionu tun císla.
Vzhledem k síle metanu jako skleníkového plynu by to mohl být problém pro zemskou atmosféru, kdyby se velká část ledové pokrývky rozplynula. A podle odhadů vědců z University of Massachusetts, Amherst a Pennsylvania State University by se to mohlo stát do konce století.
Martin Siegert, glaciolog v Imperial College London, byl součástí týmu, který poprvé popsal subglaciální jezero poprvé v roce 1996. Říká, že odhady toho, kolik metanu sedí pod antarktickým ledem, jsou teoreticky věrohodné.
Vědci by však museli měřit mikrobiální aktivitu ve vlhkých sedimentech pod ledovými pláty, aby posílili svou hypotézu, říká Siegert. "Je to docela jednoduché, typ vědy, kterou musíte udělat, je obtížné se tam dostat a vrtat teplou vodu."
I když by odhady kolapsu ledové pokrývky do konce století byly správné, pravděpodobně by to trvalo mnohem déle, než by se účinek metanhydrátů stal detekovatelným v atmosféře, říká Alexey Portnov, výzkumný pracovník v Arktidě. University of Tromsø v Norsku. Portnov zkoumá zbytky hydrátů metanu vystavených na konci poslední doby ledové v Arktidě a také hydráty metanu, které se v současné době rozmrazují z arktického permafrostu. Říká, že i kdyby hydráty metanu spočívaly pod antarktickým ledovým štítem a destabilizovaly se a začaly bublat metan přes mořskou vodu na povrch, trvalo by stovky let, než budou mít tyto zásoby metanu zjistitelný dopad na globální klima.
"Ledové čepice v posledních letech padají rychleji a rychleji, " říká Portnov. "Ale přesto, aby se množství metanu z těchto hydrátů plynu nějak změnilo podnebí, bude to nějakou dobu trvat."
Mezitím již metanové hydráty, které se rozmrazují z permafrostu a podél mělkých hřebenů mořského dna, uvolňují tento skleníkový plyn do atmosféry ve značné míře, uvádí Portnov. Ledové pláty jsou jen jedním z mnoha obchodů se zmrazeným metanem, které se rozmrazují.
Dalším krokem pro práci subglaciálního hydrátu metanu bude zajištění většího financování pro zahájení další vrtné expedice do hlubšího jezera. Předchozí úsilí - například snaha vyvinout do jezera Ellsworth v roce 2012 mnoho milionů dolarů - selhala. Před pokusem o přístup k hlubším jezerům se stávajícím vybavením musí vědci a inženýři spolupracovat na vývoji nových technik pro hlubší projekty.
"Musíme se tam jen dostat a získat vzorky, " říká Wadham. "To je jedna z výzev příštích dvou desetiletí."
Velké plochy kryokonitu - nebo ledového prachu - pokrývají Grónský ledový štít a další ledovce po celém světě, zatemňují jejich povrchy a způsobují, že pohlcují teplo ze slunce. (Joseph Cook) Zatímco ledovce a ledové pláty mohou fyzicky zapojit velké zásoby zakopaných metanových hydrátů nebo vytáhnout oxid uhličitý z atmosféry miliony malých děr, jejich dopady sahají mnohem dále než jejich fyzická stopa.
Například, když se kryoconitové díry roztají dostatečně hluboko, aby vytékaly dno ledovce, jejich obsah může nakonec dosáhnout až k oceánu a spláchnout živiny do mořského ekosystému. To může způsobit rozkvět řas ve velkém měřítku, které by mohly vypouštět oxid uhličitý z atmosféry v poměrech podstatně větších, než co by mikroby v těchto otvorech mohly vytáhnout dolů, říká Anesio.
"To by mělo mnohem silnější globální dopad, protože fixace uhlíku v oceánu má obrovský dopad na globální uhlíkový cyklus, " říká.
Přestože je kompletní obraz o tom, jak ledovcové mikroby ovlivňují klima Země, roky pryč, Anesio a jeho kolegové z polárních vědců postupují kupředu. Řešení technologických problémů a drsných prostředí často znamená, že jejich průlomy přicházejí a začínají. Ale jsou to intelektuální i fyzické výzvy, které přitahují vědce k těmto zamrzlým krajinám.
"Je to tak krásné být tam, je to úžasné, " říká Anesio. "Rozměry a měřítko věcí jsou tak velké, řeky a voda a tvar ledu." Opravdu se těším na to, že tam půjdu. “
Cook na University of Sheffield souhlasí. Zjistí, že pole děr kryokonzitu, pokud oko vidí, je docela nápadný obraz.
"Pohled do děr kryokonitu je podivně krásný, " říká Cook. "Je to velmi vyrovnaný a je neuvěřitelné vidět něco tak jednoduchého, že to odporuje neuvěřitelné složitosti toho, co se děje." Je to trochu hypnotické. “
Vrt v Lake Whillans, který vyžadoval koordinaci mezi asi 50 spolupracovníky z celého světa. (JT Thomas)
