Najstarszy zapis klimatu
W British Antarctic Survey w Cambridge, gdzie panuje temperatura –23°C, przechowywany jest obecnie lód, który najpierw uzyskano w wyniku niezwykle głębokiego odwiertu w lodowej jaskini na Antarktydzie, a potem załadowano na statek płynący do Europy. W sumie uzyskano 15 rdzeni lodowych o średnicy około 15 cm. Są one dziś ułożone na drewnianych i metalowych półkach. Dwie instytucje w Niemczech i Szwajcarii również otrzymały przekroje poprzeczne rdzeni.
Europejski projekt Beyond EPICA po latach przygotowań dotarł w styczniu 2025 roku do podłoża skalnego pod 2,8 km lodu w miejscu zwanym Little Dome C. Wydobyty lód to najstarszy nieprzerwany zapis klimatu Ziemi, jaki kiedykolwiek uzyskano. Tymczasem zaledwie 50 km dalej australijski zespół rozpoczął własne wiercenia w punkcie nazwanym Dome C North. Nowe dane radarowe sugerują, że pod tym obszarem mogą znajdować się warstwy lodu liczące nawet 2 miliony lat.
„To zupełnie nieznany okres w historii Ziemi” – mówi dr Liz Thomas, kierownik badań rdzeni lodowych w British Antarctic Survey. „Nasz system klimatyczny przeszedł tak wiele różnych zmian, że trzeba cofnąć się w czasie, by zrozumieć różne procesy i różne punkty krytyczne”. Przez siedem tygodni zespół specjalistów będzie powoli topił wydobyty lód, uwalniając starożytny pył, popiół wulkaniczny, a nawet maleńkie glony morskie zwane okrzemkami, które zostały uwięzione w środku, gdy woda zamieniła się w lód.
Materiały te mogą dostarczyć naukowcom bezcennych informacji o wzorcach wiatru, temperaturze i poziomie mórz sprzed ponad miliona lat. Rdzenie mogą zawierać dowody na to, że kiedyś poziom mórz był znacznie wyższy niż obecnie, a rozległe pokrywy lodowe Antarktydy były mniejsze. Obecność pyłu w lodzie pomoże zrozumieć, w jaki sposób pokrywy lodowe się kurczyły i przyczyniały się do wzrostu poziomu mórz – co jest poważnym problemem w tym stuleciu.
Niezwykłe badania
Wydobycie rdzeni lodowych z Antarktydy było ogromnym przedsięwzięciem międzynarodowym, kosztującym miliony dolarów. Lód został pocięty na bloki o długości 1 metra i przetransportowany do Cambridge. Inżynier James Veale pomógł wydobyć lód w pobliżu bazy Concordia we wschodniej Antarktydzie, położonej około 40 km od włosko-francuskiej stacji badawczej o tej samej nazwie.
Zespół badaczy zidentyfikuje izotopy chemiczne w stopionym lodzie, które mogłyby dostarczy
informacji o temperaturach i opadach deszczu w okresie od 800 tysięcy lat do 1,5 miliona lat temu, a może nawet dłużej. Użyty zostanie instrument zwany spektrometrem masy plazmy sprzężonej indukcyjnie. Spektrometr ten (ICPMS) używany jest do pomiaru ponad 20 pierwiastków i metali śladowych. Obejmuje to pierwiastki ziem rzadkich, sole morskie i pierwiastki morskie, a także wskaźniki dawnych erupcji wulkanicznych.
Jak tłumaczy NASA, każda warstwa śniegu, która spadła na Antarktydę, zawiera w sobie informacje o temperaturze powietrza, zanieczyszczeniach, pyłkach roślin i pyle wulkanicznym. Ale najcenniejsze są mikroskopijne pęcherzyki powietrza – prawdziwe kapsuły czasu, zawierające próbki atmosfery sprzed setek tysięcy lat. Określenie wieku lodu to precyzyjne i żmudne zadanie. Naukowcy analizują proporcje izotopów tlenu i wodoru w cząsteczkach wody, co pozwala odtworzyć temperatury panujące w chwili opadu.
Dodatkowo bada się przewodnictwo elektryczne, skład chemiczny i obecność cząstek aerozoli. „Najpierw musimy ustalić skalę wiekową. Potem równolegle prowadzimy analizy izotopowe i gazowe” – mówi prof. Carlo Barbante z Uniwersytetu Foscari w Wenecji, członek zespołu Beyond EPICA.
Tajemnicza przemiana
Wszystkie te badania pomogą naukowcom zrozumieć tajemniczą przemianę zwaną Przejściem Środkowoplejstoceńskim, która miała miejsce ok. miliona lat temu, kiedy to cykle lodowcowe planety uległy nagłej zmianie. Przejście z cieplejszych okresów do zimnych okresów lodowcowych, kiedy lód pokrywał znacznie większą część Ziemi, miało miejsce co 41 tysięcy lat, ale nagle zmienił się na 100 tysięcy dalszych lat. Przyczyna tej zmiany jest jednym z „najbardziej ekscytujących nierozwiązanych pytań” w nauce o klimacie, według dr Thomas.
Z rdzeni lodowych można odczytać m.in. stężenie dwutlenku węgla (CO2), metanu (CH4) i podtlenku azotu (N2O), czyli głównych gazów cieplarnianych. Analizy pokazują, że dzisiejszy poziom CO2 w atmosferze jest o 50 proc. wyższy niż przed epoką przemysłową – a tempo wzrostu jest bezprecedensowe w skali ostatnich 800 tysięcy lat. Różnica między teraźniejszością a poprzednimi epokami z wysokim poziomem gazów cieplarnianych polega na tym, że to ludzie spowodowali gwałtowny wzrost ilości gazów cieplarnianych w ciągu ostatnich 150 lat.
Rdzenie lodowe to nie tylko świadectwo przeszłości, ale narzędzie do przewidywania przyszłości. Jak tłumaczy Allegra LeGrande z NASA Goddard Institute for Space Studies, dane o temperaturach i składzie atmosfery z przeszłości są wykorzystywane do testowania modeli klimatycznych. Modele te pozwalają prognozować, jak zmiany emisji gazów cieplarnianych wpłyną na klimat Ziemi w nadchodzących dekadach. Na tej podstawie państwa mogą planować strategie redukcji emisji, projektować systemy wczesnego ostrzegania czy przygotowywać infrastrukturę odporną na skutki zmian klimatu – od fali upałów po podnoszenie się poziomu mórz.
Współczesne modele klimatyczne, takie jak Earth System Model (ESM), łączą dane atmosferyczne, oceaniczne i lądowe, by symulować możliwe reakcje planety na różne scenariusze emisji. Dzięki danym z rdzeni lodowych można je „skalibrować”, porównując z warunkami, jakie panowały w przeszłości, gdy klimat zmieniał się naturalnie.
Krzysztof M. Kucharski
