Ezen a nyáron Alex Anesio három hetet tölt majd, egy ezer sarok körülvéve egy sarkvidéki jéglapban. Ő és csapata mérföldre távozik a legközelebbi településtől, amelyet egy hatalmas, instabil ráncok szétválasztott táj vesz körül. Az egyetlen be- és kijárat a helikopter. A tudósok hangképét a görcsöknek a jégen keresztüli ropogására, a jégáramok rohanására és az átrendeződő hatalmas jégréteg időnkénti nyögésére csökkentik.
kapcsolodo tartalom
- Megerősített: Antarktiszon és Grönlandon is jég veszít
„Olyan, mintha egy másik bolygón lennünk” - mondja Anesio, az angol bristoli egyetem biogeokemikusa, aki körülbelül 15 éve dolgozik az Északi-sarkvidéken. "Az egyetlen dolog, amit körülötte lát, a jég."
Csapatával és heteivel heteket tölt majd a grönlandi jégtakaró ezen elszigetelt foltján, hogy megfigyelje azokat a pocsolyákat, amelyek hatalmasak lehetnek a Föld éghajlatának manipulálására.
A citokonit lyukak átmérője a ceruza szélességétől a szemetesfedél szélességéig változik. (Joseph Cook) Az a képesség, hogy bolygónk éghajlatával megbékéljen, nem csak a sarkvidéki pocsolyakat érinti. Az e kis medencékben található, és az Antarktisz jégtáblája alá mérföldre eltemetett tómeder üledékekben fészkelő mikrobák képesek lehetnek a globális szénciklus és az éghajlat súlyos megváltoztatására. És a kutatók csak a közelmúltban kezdték meg navigálni ezeket a kevés világot.
Azokat a pocsolyákat, amelyeket az Anesio tanulmányoz, kriokonit lyukaknak nevezik - „krio” jelentése jég és „conite” jelentése „por”. Akkor alakul ki, amikor a szél fújt törmelék halmozódik fel a gleccser vagy a jéglap fehér, fényvisszaverő felületén. A hó és a jégnél sötétebb ez a törmelék több hőt szív fel a napból, mint a környéke, és az alatta lévő jég hengeres lyukakba olvad, körülbelül egy láb mélyig.
A tudósok egyszer azt hitték, hogy ezek a lyukak élettelenek. A kutatók azonban most rájönnek, hogy valójában mikrobák komplex ökoszisztémáit tartalmazzák, például baktériumokat, algákat és vírusokat.
Ezeket a lyukakat milliókban, általában egy ceruza szélességétől a szemetesfedél szélességéig terjedve, világszerte svájci sajtszerű mintázatú pockmark jéglemezek képezik. Az Anesio csapata becslések szerint globálisan ezen lyukak felülete megközelítőleg 9000 négyzet mérföldet tesz ki. Ez egy kicsit kisebb, mint New Hampshire állam.
Amint ezek a sötét, mocskos ökoszisztémák kiterjednek a jégen, az okozhat egy olyan fényvisszaverő, hűtő felületet, amely egyre több hőt vesz fel a napból. Ez potenciálisan felgyorsíthatja a grönlandi jéglemez olvadását - jelentette be a csapat márciusban a Geochemical Perspective Letters folyóiratban.
De Anesio csapata azt is megállapította, hogy az ezekben a lyukakban levő organizmusok hűsítő hatást gyakorolhatnak a bolygóra, ha fotoszintézis útján aktív szívják szén-dioxidot a légkörből. Valójában, amikor a mikroorganizmusok elegendő mennyiségű üvegházhatású gázt bocsátanak ki a légkörből, a lyukak úgy viselkednek, mint a szén-dioxid-elnyelők.
Látni kell még, hogy ezek a lyukak hozzájárulnak-e a bolygó hűtéséhez vagy melegítéséhez. De mivel a melegebb éghajlat több lyukat teremt, úgy tűnik, hogy az egyensúly a nettó melegítés felé halad, nem pedig a légkör hűtési hatása felé.
Anesio és csapata ezen a nyáron azon munkálkodik, hogy figyelemmel kísérje ezen lyukak kémiai és fizikai tulajdonságait, a kínos részletekben, hogy jobban megértsék, miként befolyásolhatják ezek a jégkormányos viselkedést és a Föld változó éghajlatát.
Amikor elegendő por halmozódik fel egy jéglapról, a kriokonit lyukak egyesülnek és tavakká alakulnak, mint például ez Grönlandon. (Joseph Cook) Az a gondolat, hogy a mikroorganizmusok gleccsereken és jéglemezekön élhetnek - nem is beszélve a globális jelentőségű léptékben való fejlődésről -, még mindig viszonylag új a tudományban. Az 1990-es évek végéig a kutatók általában úgy vélték, hogy a jég mindkét póluson többé-kevésbé steril környezet.
„Ha gleccsert vagy jéglapot nézel, nem látsz semmit, ami utalást adhat arra, hogy ott él-e élet” - mondja Jemma Wadham, az Anesio munkatársa a Bristoli Egyetemen. A biológusok csak az 1990-es évek végén, amikor megjelent a mikrobiális élet első bizonyítéka, nem igazán vizsgálták a jégkörnyezetet.
A korábbi érdeklődés hiányát nem a technológiai korlátok okozták, magyarázza Wadham. Az élet megtalálásához csak az lett volna, hogy összegyűjtötte az olvadékvizet a gleccser elől és keresse meg az aktív mikroorganizmusok jeleit. "Senki sem tette ezt" - mondja Wadham. "Ez kissé őrültnek hangzik, de azt hiszem, így alakulnak a dolgok néha."
A kilencvenes évek óta nagyszámú kutatás folyik a gleccserek és a jégtakarók felületén vagy alatta élő mikrobák feltárásáról. Az utóbbi években a kutatók azt találták, hogy ezek a mikrobák messze nem állnak nyugalomban. Az Anesio csapata valójában egy 2009-es tanulmányban számolt be arról, hogy a kriokonit-lyukak egyes mikrobái ugyanolyan biológiailag aktívak, mint a melegebb talajokban, a Földközi-tenger déli részén.
"Ez valóban meglepő volt, tekintettel a környezet alacsony hőmérsékletére és alacsony tápanyag-körülményeire" - mondja Joseph Cook, a Sheffieldi Egyetem kriokonit-lyuk kutatója, aki nem vett részt ebben a tanulmányban.
Egy év folyamán ez a tevékenység összesen mintegy 63 000 birodalmi tonna széndioxidot szívhat be - jelentette ki az Anesio csapata a 2009. évi tanulmányban. Ez összehasonlítható az egy évben megközelítőleg 13 500 autó kibocsátásával - mondja.
"[Anesio tanulmánya] valójában volt az első kísérlet a szénmennyiség meghatározására, amely ezekből a rendszerekből távozott be és ki. Ez óriási lépés volt és nagyon fontos" - mondja Cook.
Alex Anesio és csapata sátorban alszik a jégen a terepi tanulmányok során. A sátor alatti jég egy része megolvad, de a sátor szigetelőként viselkedik, és az alap nagy részét fagyasztva tartja - mondja Anesio. (Chris Bellas) Anesio megállapításai nem feltétlenül voltak azok, amelyeket elvárhat egy édesvízi testnél. A legtöbb tavak és tavak általában több szén-dioxidot bocsátanak ki a légkörbe a szerves anyag bomlásával, mint amennyit a fotoszintézis során felszívnak.
Ennek oka az, hogy a legtöbb tavak és tavak erdőkben ülnek, és folyamatosan áramlik az állatok és növények maradványai az erdőkből a talajvízen keresztül. Ennek eredményeként a tavak és tavak gyakran sok lebontható anyagot tartalmaznak, és a bomlás gyakran gyakoribb, mint a fotoszintézis során - magyarázza Anesio.
A kriokonit lyukakat viszont elkülönítik az erdőktől - néha tízszáz mérföldek távolságra -, és szerves anyaguk nagy részét a levegőben található hulladéklerakókkal jutják el. A lebontáshoz nem sok anyag van, így a fotoszintetizáló szervezetek általában dominálnak - mondja Anesio.
Ennek a forgatókönyvnek a megfordítása azonban nem sok. Ha a lyukakban levő üledék túl vastag lesz, a napfény nem érheti el az alját. Ez korlátozza a fotoszintézist, és a bomlás üteme kezdi átvenni a hatást.
"Mindezek a dinamikák nagyon függnek a jég mozgásától és a jég megkönnyebbülésétől" - mondja Anesio. Ez változhat napról napra és szezononként. "Néha nagyon olvadsz, és a granulátumot vékonyabb rétegekben osztják szét, vagy néha a gleccser bizonyos részeiben halmozódnak fel."
Az Anesio csapata megpróbálja megválaszolni azt a kérdést, hogy ezek a lyukak hogyan változnak az idő múlásával, melyben mellette alszanak, és folyamatosan figyelemmel kísérik tevékenységüket ezen a nyáron.
A görcsök és a rohanó víz hangjai csak azok közül a zajok közül, amelyeket ebben a környezetben hallani fog, mondja Anesio. (Chris Bellas) Utazzon a világ másik végéhez az Anesio terepi helyszínén, és talál egy másik olyan gleccserek jellemzőjét, amelyek fontos szerepet játszhatnak a Föld éghajlatában: hatalmas tavak, amelyek az Antarktiszi jég legfeljebb 2, 5 mérfölde alá vannak eltemetve.
Ezek a rejtett tavak, amelyek méretüknél fogva összehasonlíthatók az Észak-Amerika Nagy-tavakkal, az utóbbi években Anesio és Wadham, például több kutató figyelmét felhívták több okra. Először is, ezek a tavak olyan vizet tartalmaznak, amely több millió éven át csapdába esett, olyan szélsőséges életet élve, amelyet soha nem tettek ki emberi befolyásoknak.
A tavak nagy mennyiségben tárolhatják az erős üvegházhatású gázokat tartalmazó metánt is, fagyasztva metánhidrátok formájában. Ha az Antarktisz jéglapjai összeomlanak, akkor ezeket a hidrátokat felszabadítják, megtévesztve őket tengervízzel, amikor az óceán a kontinens egyes részein átmosódik. Az destabilizált hidrátok metángázbuborékokká alakulnak és melegítik a légkört - jelentették Wadham és munkatársai egy, a Nature által 2012-ben közzétett tanulmányban.
A légi radar és a műholdas képalkotás segítségével a kutatók az úgynevezett szubglaciális tavak közül több mint 400-at az Antarktiszi jégtakaró alatt helyeztek el az elmúlt 50 évben. De csak 2013-ban egy ambiciózus, nemzetközi kutatócsoport első ízben fúrt fúrást egy majdnem fél mérföldes jégen keresztül az egyik ilyen tó felületére.
2015-ben sikeresen elvégezték a fúrást egy közeli helyen, először eljutva a jéglap földelési zónájához. A földi zóna olyan terület, ahol a jégtakaró elveszíti a kapcsolatot a földdel, és a tengerbe úszik.
A földi zónából összegyűjtött üledék- és vízminták kutatói új betekintést nyújtanak a csapat számára a Nyugat-Antarktiszi jégtakaró stabilitásáról és annak lehetőségeiről, hogy az összeomláskor növelje a globális tengerszintet. A csoport megvizsgálja az üledékek mikrobiális aktivitását is, hogy jobban megértsék ezeknek az eltemetett mikrobáknak a globális szénciklusban játszott szerepét.
Slawek Tulaczyk, a kaliforniai egyetemi kutató, a Santa Cruz, aki az egyik vezető tudós volt ezekben a mérföldkövekben elért eredményekben, leírja azt a feszültséget, amely arra vár, hogy felszereléseik 2013-ban megérkezzenek a fúróhelyükre, miután több mint öt éve tervezték körülbelül 50 nemzetközi együttműködő.
A kutatók elrendezték, hogy felszerelésük - összesen körülbelül 300 000 font súlya - 12 szállítótartályba kerüljenek, 800 mérföld távolságban a jégtakarótól, hogy elérjék az Antarktisz délnyugati részén fekvő Whillans-tavat. A más szubglaciális tavaknál sekélyebb Whillans a kutatók számára megfelelő esélyt adott a sikerre, mivel viszonylag könnyen megközelíthető, mint a jég mérföld alatt eltemetett más tavak.
A teherautó-sofőröknek két hétbe telt, amíg a felszerelést - némelyikét rendkívül érzékenyen - a fúrási helyre vonják. A tudósok csak azt tehették, hogy várakoznak a McMurdo kutatóállomáson, és meghallgathatják, ahogy a teherautó-üzemeltetők felhívták jelentéseiket.
„Hallottunk néhány szörnyű történetet” - mondja Tulaczyk, elmagyarázva, hogy a sofőrök hívtak, hogy jelentést tegyenek a törött tárgyakról, és további hegesztőkészleteket kérjenek. Szerencsére a legtöbb kár a szállítótartályokra, nem azok tartalmára volt elszigetelve.
„Amikor beléptünk, a konténerek belseje elég jól életben maradt ahhoz, hogy felhasználhassuk, de maguk a konténerek eléggé megvertek és úgy tűnt, hogy sokat mentek át” - mondja Tulaczyk.
Tulaczyk és kollégái felfűztek valamit, amit melegvíz-fúrónak hívtak, hogy elérjék a Whillans-tót. A kutatók 24 órán keresztül fúrtak egy lyuk átmérőjű lyukat, meleg vizet erőteljesen szivattyúzva lefelé és körbeforgatva, úgy hogy a lyuk elmélyülve nem fagyott be önmagában.
Miután sikeresen elérték a tó felszínét, a kutatók szondákat küldtek a lyukba, hogy adatokat és mintákat gyűjtsenek. De ezt óvatosan és tisztán kellett megtenniük. Ha valamelyik berendezést szennyezik, akkor fennáll annak a kockázata, hogy olyan modern mikrobákat gyűjt, amelyek összetévesztik a megállapításokat és megkülönböztetik az egyébként tiszta élőhelyet.
Izgalmak és megkönnyebbülésük érdekében a csapat bizonyítékokat talált a vízben élő mikrobákról - mondja Tulaczyk. Volt olyan pillanatok, amikor a csapat attól tartott, hogy elcsúsztak az évek tervezésén keresztül, és millió dollárt költöttek az élettelen üresség elérése érdekében.
Megállapításaik alátámasztják azt az elképzelést, miszerint nagy mennyiségű mikrobiális eredetű metán-hidrát ülhet az Antarktisz jéglapja alatt. A mikrobák előállíthatják ezt a metánt azáltal, hogy elbontják az ősi erdőket és más szerves anyagokat a jég alatt, Wadham, Anesio, Tulaczyk és munkatársaik, ahogyan azt a 2012. évi természetjelentésükben javasolták.
A kriokonit lyukakat tanulmányozó kutatóknak esetenként tiszta ruhát kell viselniük, hogy megakadályozzák mikrobiális mintáik szennyeződését. (Alex Anesio) A grönlandi jégtakaró alatt összegyűjtött üledékek mérésein alapuló becslések felhasználásával - amely összehasonlítható, de sokkal vékonyabb analóg az antarktiszi jégtakaróval - a csoport kiszámította, hogy akár 3, 9 millió birodalmi tonna metán is lehet rejtett az Antarktiszi jég alatt.
Tekintettel arra, hogy a metán üvegházhatású gázként működik, ez problémát jelenthet a Föld légkörében, ha a jéglemez nagy része elolvad. És a Massachusettsi Egyetem, az Amherst és a Pennsylvania Állami Egyetem kutatói becslések szerint ez a század végére megtörténhet.
Martin Siegert, a londoni Imperial College glaciológusa annak a csapatnak a része volt, amely 1996-ban először írt le egy szubglaciális tavat. Elmondása szerint elméletileg valószínűsíthető, hogy az Antarktiszi jég alatt mekkora metaménnyel ülnek.
A kutatóknak azonban fel kell mérniük a jéglemezek alatti nedves üledékekben a mikrobiális aktivitást, hogy megerősítsék hipotézisüket - mondja Siegert. "Ez elég egyszerű, az elvégzendő tudomány típusa, a nehézségek az, hogy odajutunk és melegvíz-fúrás szükséges."
Még ha a jégtakaró becslései is a század végére összeomlanak, valószínűleg sokkal hosszabb időt vesz igénybe, amíg a metán-hidrátok hatása detektálhatóvá válik a légkörben - mondta Aleksej Portnov, az Északi-sarkvidék kutatója. A norvégiai Tromsøi Egyetem. Portnov megvizsgálja az Északi-sarkvidék utolsó jégkorszakának végén kitárt metán-hidrátok maradványait, valamint a mai sarkvidéki korszakokból jelenleg kiolvadó metán-hidrátokat. Azt mondja, hogy még ha a metán-hidrátok is pihennének az Antarktiszi jéglap alatt, és destabilizálódnának, és metánbuborékként kezdenek felfelé a tengervízen át a felszínre, évekig tarthat, amíg ezek a metánkészletek észlelhető hatást gyakorolnak a globális éghajlatra.
"Az jégsapkák gyorsabban és gyorsabban esnek össze az utóbbi években" - mondja Portnov. "De ennek ellenére ahhoz, hogy az ezekből a gázhidrátokból származó metánmennyiség valamilyen módon megváltoztassa az éghajlatot, elég hosszú időbe telik."
Időközben az örökké fagyokból kiolvadó metánhidrátok és a sekély tengerfenék-hegygerinceken keresztül már most jelentős mértékben bocsátják ezt az üvegházhatású gázt a légkörbe - mondja Portnov. A jéglapok csak a sok fagyasztott metánraktár egyike.
A szublaciális metánhidrát-munka következő lépése az lesz, hogy több pénzt szerezzen egy újabb fúrási expedíció elindításához egy mélyebb tóhoz. A korábbi erőfeszítések - például a több millió dolláros erőfeszítés az Ellsworth-tóba való fúrásra 2012-ben - kudarcot valltak. Tehát, mielőtt megpróbálnánk mélyebb tavakhoz hozzáférni a meglévő berendezésekkel, a kutatóknak és mérnököknek együttműködniük kell az új technikák kidolgozásában a mélyebb projektekhez.
"Csak oda kell jutnunk és be kell szereznünk a mintákat" - mondja Wadham. "Ez a következő két évtized egyik kihívása."
A kriokonit nagy mennyisége - vagy jégpor - lefedi a grönlandi jéglapot és más gleccsereket a világ minden tájáról, felületük sötétedik, és felveszi a nap hőjét. (Joseph Cook) Míg a gleccserek és a jéglemezek fizikailag elraktározhatják az eltemetett metánhidrátok nagy tárolóit, vagy kis millió lyukon keresztül kiszívhatják a széndioxidot a légkörből, hatásuk sokkal messzebbre jut, mint a fizikai lábnyomuk.
Például, amikor a kriokonit lyukak elég mélyen megolvadnak, hogy kiürítsék a gleccser alját, azok tartalma végül elérheti az óceánt, és átöblíti a tápanyagokat a tengeri ökoszisztémába. Ez nagyszabású algavirágzást okozhat, amely a szén-dioxidot olyan nagy arányban képes kiszorítani a légkörből, mint amit az ezen lyukakban élő mikrobák képesek lebontani - mondja Anesio.
"Ennek sokkal erősebb globális hatása lenne, mivel az óceán szén-dioxid-rögzítése óriási hatást gyakorol a globális szénciklusra" - mondja.
Annak ellenére, hogy évek óta hiányzik a teljes kép arról, hogy a gleccser-mikrobák hogyan befolyásolják a Föld éghajlatát, Anesio és polárkutató társai tovább haladnak. A technológiai kérdések és a zord környezetek kezelése gyakran azt jelenti, hogy áttöréseik jól illenek és elkezdődnek. De a szellemi és a fizikai kihívások vonzzák a tudósokat ezen fagyos tájakhoz.
"Nagyon olyan szép ott lenni, elképesztő" - mondja Anesio. „A dolgok mérete és mérete olyan nagy, a folyók és a víz, valamint a jég alakja. Nagyon várom, hogy odamenjek. ”
Cook, a Sheffield Egyetemen egyetért. Úgy találja, hogy a kriokonit lyukak mezeit a szem látja, hogy elég feltűnő kép.
"Furcsaan szép a kriokonit lyukakba nézni" - mondja Cook. „Nagyon nyugodt és hihetetlen látni olyasmit, ami annyira egyszerű, hogy valami megzavarja a folyamat hihetetlen összetettségét. Ez egyfajta hipnotikus. "
A Whillans-tónál található fúrólyuk, amely megköveteli a világ minden tájáról körülbelül 50 együttműködő közötti koordinációt. (JT Thomas)
