Bieguny Ziemi czyli zmiany na Arktyce i na Antarktydzie cz. 1

Każda powstająca czy nowo odkryta planeta, a nawet gwiazda, ma swoje bieguny. W przypadku Ziemi są one synonimami mroźnych obszarów, na których, pomimo trudnych warunków klimatycznych, nie panuje pustka. Arktyka i Antarktyda tętnią nie tylko życiem organicznym, lecz także ambitnymi planami technologów. Zamarznięty świat topnieje i to coraz bardziej…  

Bezpośrednio przylegające obszary, które otaczają bieguny Ziemi, nazywane są kołami podbiegunowymi północnym i południowym, a całe obszary z okolicznymi wyspami otrzymały nazwy Arktyka i Antarktyda. Ich granice na obu półkulach są wyznaczone przez promień okręgu, w którym średnia temperatura nie przekracza 10°C nawet latem, i mniej więcej pokrywa się z granicą zalesienia, W przypadku Arktyki granica sięga ku kanadyjskim, amerykańskim, norweskim i rosyjskim tundrom, w przypadku Antarktydy jest to granica oceaniczna, która obejmuj niezamieszkane wyspy na Oceanie Atlantyckim, Spokojnym i Indyjskim oraz cieśninę Drake’a o szerokości ok. 1 tys. km, która oddziela Antarktydę od najbliższego kontynentu Ameryki Południowej.

Ciekawostki:  W lipcu 1983 r. na stacji badawczej Wostok zarejestrowano najniższą temperaturę na Ziemi:  -89,2°C. Rekord nie zmienił się aż do sierpnia 2010r., gdy parędziesiąt kilometrów dalej, na japońskiej stacji arktycznej Dome F temperatura spadła do niewiarygodnych -93,7°C. Wichury osiągają tu prędkość aż 300 km/h (dane z zatoki Commonwealthu). Mroźna suchość charakteryzuje się wilgotnością powietrza na poziomie 0,03%. 2% terytorium nie jest pokryte lodem i śniegiem i charakteryzuje się wilgotnością niższą od panującej na pustyni Gobi. Najgrubsze warstwy lodu liczą nawet setki metrów, czasem kilometrów. Na Ziemi Wilkes na południowym wschodzie Antarktydy pokrywa lodowa ma grubość 4780 m. Antarktyda jest kontynentem o największych różnicach wysokości bezwzględnej najwyższy punkt (Masyw Vinsona) znajduje się na wysokości 4897 m n.p.m., najniższy zaś (podlodowy rów Bentleya) 2555 m p.p.m.

 W krainie Gwiazdy Polarnej i Eskimosów

Dlaczego bieguny ziemskie są najzimniejszymi obszarami planety i czemu przez większość roku panuje tam ekstremalnie niska temperatura? Klimat polarny, obejmujący mniej więcej 20% powierzchni Ziemi, jest kształtowany przez kilka czynników.

W przypadku Arktyki decyduje o tym fakt, że jest to jeden zwarty kontynent, otoczony oceanem. Wynika z tego, że w centrum tego regionu nie występuje łagodzący wpływ wody. Nawet 98% powierzchni południowego koła podbiegunowego pokryte jest lodem i śniegiem, w związku z czym obszar ten wyłącznie odbija światło słoneczne, prawie go nie pochłaniając. Na Antarktydzie słońce świeci tylko przez 6 miesięcy w roku (od końca września do końca marca), przez co są to bardzo mało nasłonecznione rejony. Ponadto nad biegunami promienie słoneczne muszą przedzierać się przez o wiele grubszą warstwę atmosfery, niż np. nad równikiem. Ekstremalnie suche powietrze powoduje, że jakiekolwiek ciepło promieniujące do atmosfery jest natychmiast pochłaniane przez parę wodną. W okresie zimy Antarktyda praktycznie podwaja swoją objętość, ponieważ zamarzają otaczające ją morza.

Czy wiecie już, skąd wzięło się słowo polaryzacja? Z jednej strony oba te regiony wykazują bardzo podobny klimat oraz strukturę geograficzną i geologiczną, z drugiej natomiast są to regiony, które dzieli masa różnic. Określenia północ czy północny oznaczają zazwyczaj coś zimnego czy mroźnego, podczas gdy południe kojarzy nam się z wysokimi temperaturami. W rzeczywistości biegun północny jest o wiele cieplejszy niż południowy. Na Antarktydzie znajduje się za to jeden z najaktywniejszych wulkanów na świecie Erebus na wyspie Rossa, który jest aktywny od ponad 40 lat. Południowe koło podbiegunowe, przynajmniej w miesiącach letnich, nie jest nieprzyjazną „zamrażarką”, co każdego roku udowadniają nam maratończycy, biorący udział w zawodach w temperaturze ok. 22°C. Obszar północnego koła podbiegunowego to zaledwie zamarznięta woda z przyległymi wyspami i wybrzeżami, podczas gdy na południu ewolucja geologiczna wykształciła prawdziwy kontynent. Na Antarktydzie naukowcy nie znaleźli żadnych śladów po dawnych próbach osadniczych, a w Arktyce (np. w rejonach wyspy Bylota i ziemi Baffina) paleontolodzy odkryli kości dinozaurów, które żyły tu przed 70 mln lat.

Na uwagę zasługuje fakt, że aktywność biegunów ziemskich może odgrywać kluczową rolę w naszej bliższej i dalszej przyszłości. Topnienie lodowców arktycznych nie musi być aż tak widoczne i dlatego nie musimy od razu podnosić alarmu, ponieważ istnieją o wiele ważniejsze problemy. Przykładowo, naukowcy z University of Alaska w Fairbanks odkryli, że dno Morza Wschodniosyberyjskiego, wypuszcza do atmosfery dwa razy więcej metanu, niż przypuszczano. Każdego roku masa tego niebezpiecznego gazu zbliża się do 17 mln t. Ilość odpowiada każdorocznemu indeksowi metanu uwalnianemu z arktycznej tundry, która uważana jest za największe źródło metanu na półkuli północnej, wyjaśnia Natalia Shakhova z University of Alaska. Nieoczekiwany wzrost ilości metanu pochodzącego z dna morskiego może być zmiennym czynnikiem zmian klimatycznych w niedalekiej przyszłości. To nie żart. Metan jest jednym z głównych gazów cieplarnianych, co więcej, w atmosferze jest 30krotnie skuteczniejszy niż dwutlenek węgla. Na lądzie metan uwalnia się w chwili, gdy zamarznięty materiał organiczny zaczyna się rozpuszczać i rozkładać. Na dnie morskim metan odkłada się w formie klatratu, czyli hydratu, jako podmorska wieczna zmarzlina w krystalicznych bryłach. Gdy ta postać wiecznej zmarzliny zaczyna topnieć, na jego strukturze powstają dziury, przez które ucieka metan już w stanie gazowym. Proces uwalniania może być o wiele szybszy, niż w przypadku rozkładu organicznego. Ponadto ostatnie badania wskazują, że ze względu na cieplejszą wodę przy dnie, podmorska wieczna zmarzlina topnieje o wiele szybciej niż dotychczas przypuszczano. Częste burze nad tymi obszarami tylko przyśpieszają uwalnianie metanu do atmosfery. Jest to podobne do wstrząsania gazowanym napojem, który następnie szybciej uwalnia dwutlenek węgla. Wnioski są wiążące naukowcy z Fairbanks od 10 lat wysyłają w te rejony dwie ekspedycje badawcze rocznie, a wyniki przez nie pozyskane są jednoznaczne. Wschodniosyberyjski szelf arktyczny zajmuje ponad 2 mln km2 dna morskiego, a dawniejsze dane szacunkowe mówiły o uwalnianiu 7 mln ton metanu rocznie. Najnowsze wyniki to dla nas całkowity szok, nie kryje obaw Shakhova. To samo dotyczy również Antarktydy, gdzie złoża metanu, tylko dzięki bardzo niskim temperaturom, są uwięzione pod pokrywą lodową.  Nawet na Antarktydzie? Przecież do produkcji metanu potrzebna jest aktywność organiczna. Zapomnieliśmy, że jeszcze 35 czy 40mln lat temu kontynent ten tętnił tyciem, mówi prof. Sławomir Tułaczyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Zdecydowana większość tego materiału organicznego została uwięziona w osadach, które zostały odizolowane przez gromadzący się na nich lód. Naukowcy uważają, że tylko zachodnie i wschodnie rubieże Antarktydy przechowują aż 20 bln t organicznego węgla, które w przyszłości będzie przerobione przez mikroorganizmy na miliardy ton metanu. Oczywiście, jeżeli stopniowe topnienie im to umożliwi.

Jesteśmy u progu ważnych zmian klimatycznych, które rozpoczęły się już na biegunach Ziemi. Jeżeli dzisiejsza koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze jest 10krotnie większa od koncentracji metanu, w przyszłości sytuacja mogłaby być zupełnie odwrotna, a efekt cieplarniany nabrałby niesamowitych rozmiarów. Nie jest to jednak palący problem. Przynajmniej Antarktyda będzie mroźna i lodowa jeszcze przez miliony lat. Chodzi tu o miarę topnienia jego prędkość zależy do setek czynników ekologicznych. Wpływ człowieka możemy mierzyć zaledwie w promilach. Ponadto w niedalekiej przyszłości mają pojawić się nowe metody naukowe, które pomogą zwiększyć efektywność energetycznego wykorzystania metanu, zmniejszając równocześnie jego emisję.

Zwierzęta zajmą nowe obszary

Naukowcy z Wydziału ekologii i ochrony środowiska na Uniwersytecie w Umea w Szwecji zbadali, jaki wpływ będą miały zmiany klimatyczne w Arktyce na życie ssaków w Europie północnej, konkretnie na lądach arktycznych i subarktycznych. Są to miejsca bardzo wrażliwe na jakiekolwiek zmiany.

Dzięki modelom wykonanym przez badaczy okazało się, że prognozowane do 2080 r. zmiany klimatyczne będą miały wpływ na życie większości ssaków, które żyją dziś na tych obszarach. Pewne gatunki zwierząt z pewnością zamieszkają rejony, w których nie mogą jeszcze żyć współcześnie. Drapieżniki zyskają nowe zdobycze i zakłócą spokojne życie niektórych gatunków. Nie byłoby to możliwe bez stopniowego topnienia obszarów polarnych, które jest widoczne wbrew wszystkim sceptycznym opiniom. Jakie zmiany zajdą w Arktyce i Antarktydzie w niedalekiej i odległej przyszłości? Jakie będą klimatyczne rezultaty tych zmian? Kiedy w 2002 r. od Półwyspu Antarktycznego wysuniętej najbardziej na północ części Antarktydy oderwał się szelfowy lodowiec Larsen B, na otwarte morze wypłynęło 500 mld ton masy lodowej, która następnie rozłamała się na tysiące ogromnych kier. Nagle na Oceanie Południowym pojawiło się więcej lodu niż przez ostatnich 50 lat. Naukowcy natychmiast wykonali zdjęcia powietrzne i satelitarne i poddali je dokładnej analizie. Odkryli, że cała zachodnio-antarktyczna czapa lodowa staje się wyraźnie coraz cieńsza (w porównaniu z istniejącymi fotografiami i obserwacjami z lat 40. ubiegłego wieku) i w niedalekiej przyszłości grozi jej całkowity koniec.

Naukowcy zgadzają się, że klimat Półwyspu Antarktycznego ociepla się dużo szybciej niż jakiekolwiek inne miejsce na Ziemi i wykazuje najwyższe temperatury od 2 tys. lat. W tym rejonie ubywa ok. 10 m lodowców rocznie. Jeśli chodzi o bezpośredni związek między działalnością człowieka a globalnym ociepleniem, to kwestia ta dzieli ludzi na całym świecie. Z drugiej strony tempo tych zmian jest naprawdę obiektywnie wysokie. Z dotychczasowych wiadomości z dziedziny ewolucji geologicznej oraz na podstawie dokładnych modeli naukowych możemy wywnioskować, że sekwencja wydarzeń i procesy topnienia na końcu ostatniej epoki lodowcowej przebiegały prawie 2 tys. lat wcześniej, niż nam się dotąd wydawało, mówią naukowcy, którzy badali jądro lodowca Larsen B.

W przyszłość , przez przeszłość 

Morski lód i słodkowodne lodowce także topnieją. W ciągu ostatniej dekady zachodzą coraz większe zmiany na obu biegunach. Naukowcy zauważyli, że np. Przejście Północno-Zachodnie, droga morska wzdłuż północnego wybrzeża Ameryki Północnej, która łączy Atlantyk i Pacyfik, w 2007 r. po raz pierwszy od milionów lat była bez lodu. Glacjolodzy badający lodowce szacują, że już ok. 2050r Ocean Arktyczny pozostanie bez lodu w letnich miesiącach. Abyśmy mogli przewidywać przyszłość musimy zrozumieć przeszłość. W tym przypadku naukowcy są wyjątkowo zgodni, że Antarktyda naprawdę odgrywała kluczową rolę we wcześniejszych zmianach klimatu oraz zmianach w atmosferycznym i oceanicznym cyklu klimatycznym. Ok. 80 mln lat temu ogromny superkontynent Gondwana zaczął dzielić się na mniejsze fragmenty, które dały początek dzisiejszym Indiom, Australii, Ameryce Południowej, Afryce i właśnie Antarktydzie. W tym czasie Gondwana była pokryta gęstymi lasami i równinami, zamieszkiwanymi przez dinozaury i ssaki, a przez tektoniczne przyśpieszenie nabrała kierunek na pozycję, w której znajduje się do dziś. Ta olbrzymia aktywność stworzyła zupełnie nowe przejścia morskie i spowodowała ogromne zmiany i przesunięcia w dotychczasowej cyrkulacji między atmosferą a oceanami. Doszło do wyraźnej redukcji ciepła, które było dotychczas generowane przez nowy kontynent. Antarktyda stopniowo zmieniała się ze świeżego zielonego raju w białe mroźne piekło pokryte lodem. Otwarcie Oceanu Południowego po rozpadnięciu się Gondwany jest kluczem do zrozumienia zmian klimatu, które trwają aż do dziś. Ocean Południowy i Antarktyda są jednym wielkim laboratorium do badań i odkryć naukowych. Drobne bąbelki powietrza uwięzione w lodzie są dla naukowców zapisami zmian atmosfery ziemskiej i podstawami prognoz na przyszłość. Osady, skały i lód są dosłownie kopalnią informacji o naszej planecie i jej klimacie. Próbki lodu są jak słoje drzew można z nich wyczytać historię zmian klimatu za pomocą pomiarów zakonserwowanego popiołu, koncentracji gazów atmosferycznych, mikroskamieniałości czy osadów geologicznych. Skamieniałości pochodzące ze skał i osadów mówią o geograficznym zasięgu stref zamieszkanych przez zwierzęta i rośliny oraz określają czas ich istnienia na Ziemi. Analizy chemicznofizyczne próbek pochodzących z głębi oceanicznych pokazują zmiany temperatur oceanu i otoczenia, przebieg cyrkulacji klimatycznych, poziom zasolenia wody i biologiczną produktywność oceanu. Badanie składu i struktury lodowych bloków wraz z zanieczyszczeniami i gazami, które się w nich zachowały, informuje o dawnych warunkach klimatycznych, włącznie z koncentracją gazów cieplarnianych w powietrzu. Chodzi o zrozumienie zmian geologicznych i klimatycznych, które miały, mają i będą mieć największy wpływ na warunki tycia na Ziemi. Wszystko przebiega w cyklach, a nam nie pozostaje nic innego, niż spróbować złamać ich szyfr. Oczywiście, jeżeli chcemy wiedzieć, co nas czeka, wyjaśnia David Bromwich z Uniwersytetu Stanowego Ohio. Wraz ze zmianami Antarktydy, zmieniała się również jej fauna. Długi proces ewolucji, który można porównać do komunikacji organizmu biologicznego ze zmieniającym się środowiskiem geologicznym, oraz wszystkie niezbędne procesy adaptacyjne przebiegały miliony lat. Aby przeżyć w coraz surowszym klimacie, zwierzęta musiały stopniowo zmieniać swoje ciała, włącznie z układem sercowo-naczyniowym i metabolizmem. Zmiany fizjologiczne i biochemiczne umożliwiły im zmniejszenie ryzyka wychłodzenia i niedotlenienia, związane np. z przebywaniem w zimnej wodzie. Jeśli zdobycz znajdowała się np. w wodach oceanicznych, ssaki i ptaki antarktyczne musiały rozwinąć u siebie doskonałe zdolności nurkowania, pływania i przebywania pod powierzchnią wody.

Według niektórych naukowców, Antarktyda powinna być centrum przyszłych badań. Jeśli nawet weźmiemy pod uwagę tylko zwierzęta, które w ciągu lat przystosowały się do najgorszych możliwych warunków klimatycznych w ich organizmach może znajdować się święty Graal medycyny nowej generacji, twierdzi David Bromwich. Naukowcy sprawdzają również, co na podstawie badań bieguna południowego można dowiedzieć się na temat relacji Ziemi z kosmosem. Jest to bardzo istotne, ponieważ społeczeństwo ludzkie jest już dziś, a w przyszłości będzie jeszcze bardziej, zależne od technologii kosmicznych, na które wtórnie wpływa kapryśna pogoda. Jak najdokładniejsza prognoza burz magnetycznych i słonecznych będzie niezbędna do rozwoju, np. systemów obronnych czy redukcji negatywnych skutków. Działanie ziemskiego pola magnetycznego wskazuje, że oba bieguny znajdują się w niemal optymalnej pozycji do obserwacji kosmicznego klimatu i jego zmian, mówi Bromwich. Obszar wokół Antarktydy jest idealny do prowadzenia tych obserwacji, chociażby dlatego, że w odróżnieniu od bardziej niestabilnego i płynnego bieguna północnego, naukowcy mogą wykorzystać stały ląd do budowy stacji badawczej.

Poważne badania zmian globalnej temperatury i ich związku z biegunami Ziemi liczą dopiero 200 lat. Nawet taki niewielki odcinek w geologicznej historii Ziemi pokazuje, że zmiany te nie są wymysłem klimatologów. Średnia temperatura światowa w latach 1850-1870 wynosiła 13,5°C, a w 2012 r. była już o cały 1°C wyższa. Naukowcy przypominają jednak, że najważniejsze zmiany geologiczne i klimatyczne przebiegają cyklicznie. Niestety, nikt nie wie, jak wielkie zmiany będzie w stanie wytrzymać ludzkość…