Naukowcy odkryli rdzeń lodowy Antarktyki sprzed 1,2 miliona lat

Międzynarodowemu zespołowi badaczy udało się wywiercić i odzyskać rdzeń lodowy o długości 2800 metrów z Antarktydy sprzed 1,2 miliona lat. Próbka sięgała tak głęboko, że dotarła do podłoża skalnego pod pokrywą lodową Antarktyki.

Rdzeń, prawie tak długi jak 25 boisk piłkarskich połączonych końcami lub sześć i pół razy wyższy od Empire State Building po czubek anteny, to „wehikuł czasu”, który rejestruje „niezwykłe archiwum świata”. ”, powiedział Carlo Barbante, koordynator Beyond EPICA, czyli europejskiego projektu wierceń lodowych Antarktyki, zespołu, który zebrał rdzeń.

Zespół pociął rdzeń na 1-metrowe kawałki przechowywane w izolowanych pudełkach, aby można było je badać, powiedział Barbante, profesor na uniwersytecie Ca” Foscari w Wenecji i starszy członek Instytutu Nauk Polarnych Włoskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych.

Rdzeń zebrano w Little Dome C, jednym z najbardziej nieprzyjaznych i ekstremalnych miejsc na planecie. Miejsce to znajduje się 34 kilometry od włosko-francuskiej stacji badawczej Concordia i jest stale narażone na silne podmuchy wiatru oraz niemal stałe temperatury poniżej -40 stopni Celsjusza.

Lód, jeden z najstarszych, jakie kiedykolwiek wywiercono w Ziemi, może dostarczyć odpowiedzi na najważniejsze pytania dotyczące zmian klimatu planety w czasie.

„Pęcherzyki powietrza uwięzione wewnątrz zapewniają bezpośredni obraz składu atmosfery w przeszłości, w tym stężenia gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla i metan” – powiedział Barbante w e-mailu. „Analizując to, możemy zrekonstruować, jak klimat Ziemi zareagował na zmiany czynników klimatycznych, takich jak promieniowanie słoneczne, aktywność wulkaniczna i zmiany orbit. Dane te pomagają nam zrozumieć skomplikowany związek między gazami cieplarnianymi a globalną temperaturą na przestrzeni setek tysięcy lat, a obecnie do 1,2 miliona lat i, mamy nadzieję, jeszcze dłużej”.

Naukowcy mają także nadzieję, że lód rzuci światło na przyczynę nagłej zmiany pogody około 1 miliona lat temu, która – jak wynika z ostatnich badań – niemal doprowadziła do wyginięcia starożytnych przodków człowieka.

Lodowy punkt orientacyjny

Naukowcy zebrali rdzeń podczas czwartej kampanii projektu Beyond EPICA — Oldest Ice, finansowanego przez Komisję Europejską. Kampania miała miejsce podczas ostatniego lata na Antarktydzie, od połowy listopada do połowy stycznia. W sumie eksperci z 12 europejskich instytucji naukowych spędzili w ciągu ubiegłych czterech lat ponad 200 dni na wierceniu i przetwarzaniu lodu.

Program opiera się na celach pierwotnego projektu EPICA, który był realizowany w latach 1996–2008. W tym czasie badacze odwiercili głęboki rdzeń lodowy, który ujawnił powiązania między klimatem i atmosferycznymi gazami cieplarnianymi na przestrzeni ostatnich 800 000 lat. Rdzeń zebrany podczas ostatniej kampanii stanowi nowy kamień milowy, tworząc ciągły zapis klimatu Ziemi, który sięga jeszcze dalej.

Badania przeprowadzone na oryginalnym rdzeniu EPICA wykazały, że klimat Ziemi doświadczył trwającego 100 000 lat cyklu zimnych okresów lodowcowych, czyli epok lodowcowych, przeplatanych okresami cieplejszymi. Jednak to odkrycie nie odpowiada osadom morskim, które ujawniły, że Ziemia doświadczyła kiedyś okresów lodowcowych trwających 41 000 lat przed milionem lat temu.

Projekt Beyond EPICA rozpoczął się w 2016 r., a jego celem było znalezienie starszego lodu, który mógłby wskazać przyczynę tej zmiany, a poszukiwania właściwej lokalizacji rozpoczęto od wykorzystania badań radarowych.

Technologie radiowego echosondy pomogły członkom zespołu zlokalizować lód mogący zawierać kapsułę czasu, której szukali, powiedział Frank Wilhelms, główny badacz w tej dziedzinie i współprofesor na Uniwersytecie w Getyndze i Instytucie Alfreda Wegenera w Niemczech.

„Potrzebowaliśmy miejsca Złotowłosa — lodu wystarczająco grubego, aby umożliwić dobrze odwzorowany zapis klimatyczny na największej głębokości, ale nie tak grubego, aby najstarszy lód już się stopił” – powiedział dr. Robert Mulvaney, glacjolog i paleoklimatolog z British Antarctic Survey.

„Może się to zdarzyć, gdy ciepło uciekające z płaszcza Ziemi zostanie uwięzione przez grubą izolującą warstwę lodu.” „Jeśli lód będzie zbyt gruby, możemy utracić dolne, starsze warstwy i stopić się” – powiedział Mulvaney. „Dlatego włożyliśmy wiele wysiłku w zbadanie potencjalnych obszarów, aby znaleźć odpowiednią lokalizację przed rozpoczęciem wierceń”.

Little Dome C położona jest wysoko na płaskowyżu środkowej Antarktyki, osiągając wysokość 3200 metrów nad poziomem morza, co stwarza liczne wyzwania. Zespół musiał pracować, aby zapobiec awariom wierceń i zapewnić postęp elektromechanicznego wiertła rdzeniowego przez pokrywy lodowe. Każdy metr lodu może zawierać dane klimatyczne z nawet 13 000 lat, powiedział Julien Westhoff, główny naukowiec terenowy i doktorant na Uniwersytecie w Kopenhadze w Danii.

Spostrzeżenia ze starożytnego lodu

Kiedy członkowie zespołu odzyskali rdzeń, znaleźli to, czego szukali. Zespół stwierdził, że najniższe 250 metrów rdzenia nad podłożem skalnym składa się ze starożytnego lodu, który został mocno zdeformowany, prawdopodobnie zmieszany, ponownie zamarznięty i niewiadomego pochodzenia.

Analiza lodu może pomóc w przetestowaniu teorii na temat jego ponownego zamarznięcia pod pokrywą lodową. Naukowcy ustalą także, czy obecny jest nawet starszy lód, na przykład ten z okresu przed czwartorzędem sprzed 2,58 miliona lat, i zapewnią datowanie skał pod lodem, aby określić, kiedy ten region Antarktydy był ostatni wolny od lodu.

„Ekscytujące było obserwowanie wieku lodu podczas wierceń głębiej, a zwłaszcza gdy dowiedzieliśmy się, że wiercimy w lodzie starszym niż rekord EPICA, który zakończył się 800 000 lat temu” – stwierdził w oświadczeniu Mulvaney z British Antarctic Survey . „Ten rekord obejmujący 1,2 miliona lat da nam kilka 41 000-letnich cykli lodowcowych do porównania z najnowszymi danymi z pierwotnego rdzenia EPICA”.

Barbante powiedział, że przejście środkowego plejstocenu, które miało miejsce między 1,2 miliona a 900 000 lat temu, oznacza fundamentalną zmianę w cyklach lodowcowych Ziemi.

„To przejście pozostaje naukową tajemnicą, szczególnie jeśli chodzi o rolę gazów cieplarnianych i dynamikę pokrywy lodowej” – powiedział. „Rdzeń lodowy Beyond EPICA oferuje bezprecedensową możliwość bezpośredniego pomiaru warunków atmosferycznych w tym kluczowym okresie, potencjalnie ujawniając odpowiedzi na pytanie, dlaczego nastąpiło to przejście i jak ukształtowało ono system klimatyczny naszej planety”.

Podczas przejścia środkowego plejstocenu epoki lodowcowe stały się dłuższe i bardziej intensywne, co doprowadziło do spadku temperatury i suchego klimatu. Jak wynika z badania z 2023 r. opublikowanego w czasopiśmie Science, globalna populacja również spadła do około 1280 osobników lęgowych między 930 000 a 813 000 lat temu i na tym poziomie pozostała przez około 117 000 lat. Autorzy badania twierdzą, że to wydarzenie „przybliżyło przodków człowieka do wyginięcia”, ale inni są bardziej sceptyczni.

Niezależnie od tego rdzeń lodowy może zawierać dowody na to, dlaczego nastąpiła zmiana długości okresów epoki lodowcowej.

Coś wisi w powietrzu (bąbelki)

Rdzenie lodowe zawierają warstwy śniegu, które z biegiem czasu uległy sprasowaniu, zatrzymując pęcherzyki powietrza i cząstki, które można analizować, aby odkryć, jak zmieniła się temperatura i atmosfera Ziemi.

Mogą pomóc naukowcom zrozumieć, jak zachowywał się klimat Ziemi w przeszłości, aby lepiej przewidzieć, jak sytuacja może zmienić się w przyszłości, a także zapewnić kontekst dla reakcji naszej planety na różne stężenia gazów cieplarnianych.

„Rdzenie lodowe Antarktyki są jak kamienie z Rosetty” – powiedział w e-mailu Jim White, dziekan Craver Family dziekan College of Arts and Sciences na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Chapel Hill. „Wyjątkowość polega na tym, że posługują się językiem temperatury i poziomu CO2, co pozwala nam zobaczyć, jak te dwie kluczowe zmienne klimatyczne na siebie oddziałują”.

White nie był zaangażowany w odzyskiwanie rdzeni lodowych. Powiedział jednak, że lód może dostarczyć wielu informacji „o podstawowej dynamice zmian klimatycznych na naszej planecie, a tego znaczenia nie można niedoceniać”.

Chociaż na miejscu przeprowadzono wstępną analizę, plastry rdzenia lodowego zostaną przetransportowane z powrotem do Europy na pokładzie lodołamacza Laura Bassi w specjalistycznych kontenerach chłodniczych w celu utrzymania idealnej temperatury. Barbante przewiduje, że badania będą przedsięwzięciem wieloletnim, ponieważ naukowcy będą głębiej zagłębiać się w pomiary stężeń cząstek gazu i pyłu w lodzie.

Tymczasem projekt Beyond EPICA, podobnie jak inne stowarzyszenia międzynarodowe, będzie poszukiwał starszego lodu, który mógłby ujawnić dłuższe zapisy klimatyczne. Jednak takie wysiłki będą wymagały bardziej zaawansowanej technologii i planowania, powiedział Barbante.

„Musimy znaleźć inne miejsca na Antarktydzie, gdzie moglibyśmy odtworzyć ciągłe zapisy klimatyczne podobne do tych, które badamy” – powiedział.