Това лято Алекс Анесио ще прекара три седмици, заобиколен от хиляди дупки в арктическа ледена покривка. Той и неговият екип ще лагеруват мили от най-близкото населено място, заобиколени от пейзаж, разкъсан от огромни, нестабилни пролуки. Единственият начин за влизане или излизане е с хеликоптер. Звуковият пейзаж на учените ще бъде сведен до стискане на крампи през леда, прилив на ледникови потоци и случайни стенания на масивен леден лист, който сам се пренарежда.
Свързано съдържание
- Потвърдено: И Антарктида, и Гренландия губят лед
„Това е все едно да си на друга планета“, казва Анесио, биогеохимик от университета в Бристол в Англия, който е работил в Арктика около 15 години. "Единственото, което виждаш около себе си, е лед."
Той и неговият екип ще прекарват седмици на този изолиран пластир от ледената покривка на Гренландия, за да наблюдават локви, които може да имат силата да манипулират климата на Земята.
Диаметрите на отворите за цироконит варират по размер от около ширината на молив до тази на капака за боклук. (Джоузеф Кук) Способността да се интересува от климата на нашата планета не е изолирана от арктическите локви. Микробите в тези малки басейни и сгушени в седименти на езерото, затрупани мили под ледената покривка на Антарктида, биха могли да съдържат способността да променят сериозно глобалния въглероден цикъл, както и климата. И изследователите едва наскоро започнаха да се ориентират в тези незначителни светове.
Локвите, които изследва Анесио, се наричат криоконитни дупки - „крио“, означаващ лед и „континг“, означаващ „прах“. Те се развиват, когато купчини от издухани от вятъра отломки се установяват върху бялата, отразяваща повърхност на ледник или ледена покривка. По-тъмен от снега и леда, този отломки абсорбира повече топлина от слънцето, отколкото заобикалящата го среда и причинява ледът отдолу да се стопи в цилиндрични дупки до дълбочина около крак.
Някога учените смятали, че тези дупки са лишени от живот. Но изследователите откриват, че всъщност те съдържат сложни екосистеми от микроби като бактерии, водорасли и вируси.
Милиони от тези дупки, като цяло варират от ширината на молив до ширината на капака за боклук, изпъкнали ледени листове по швейцарски модел на сирене по света. Екипът на Anesio е изчислил, че в световен мащаб повърхността на тези дупки достига приблизително 9 000 квадратни мили. Това е малко по-малко от щата Ню Хемпшир.
Тъй като тези тъмни, мръсни екосистеми се разширяват през леда, те могат да причинят това, което в противен случай би било отразяваща, охлаждаща повърхност, да абсорбира все повече топлина от слънцето. Това потенциално би могло да ускори топенето на ледената покривка на Гренландия, съобщи екипът през март в списанието Geochemical Perspective Letters .
Екипът на Анезио също е открил, че организмите в тези дупки могат да имат охлаждащ ефект върху планетата, като активно изсмукват въглеродния диоксид от атмосферата чрез фотосинтеза. В действителност, когато микроорганизмите поемат достатъчно от този парников газ от атмосферата, дупките се държат като поглъщания на въглерод.
Дали тези дупки помагат за охлаждане или затопляне на планетата, предстои да видим. Но тъй като по-топлият климат създава повече дупки, изглежда балансът се насочва към мрежово затопляне, а не към охлаждащ ефект върху атмосферата.
Анесио и неговият екип ще работят това лято, за да наблюдават химичните и физичните свойства на тези дупки в мъчителни детайли, за да разберат по-добре как те могат да повлияят на поведението на ледника и изместващия се климат на Земята.
Когато достатъчно количество прах се натрупа на ледена покривка, криоконитните дупки се сливат и се превръщат в езера, като тази в Гренландия. (Джоузеф Кук) Идеята, че микроорганизмите могат да живеят на ледници и ледени покривки - камо ли да процъфтяват в глобално значими мащаби - все още е сравнително нова за науката. До края на 90-те години изследователите обикновено считат леда на двата полюса за повече или по-малко стерилна среда.
„Когато погледнете ледник или ледена покривка, не виждате нищо, което може да ви даде указания дали има живот там“, казва Джема Уадъм, колега на Анесио от университета в Бристол. Биолозите всъщност не са изучавали ледникови среди до края на 90-те години, когато се появяват първите доказателства за живота на микробите.
Предишната липса на интерес не се дължи на технологичните ограничения, обяснява Уадъм. Всичко, което би било необходимо, за да намери живот, би било да събира стопила вода пред ледник и да търси признаци на активни микроорганизми. „Никой не го е правил“, казва Уадъм. „Което звучи малко лудо, но предполагам, че така понякога се развиват нещата.“
От 90-те години се наблюдава прилив на изследвания, изследващи микроби, които живеят на повърхността на ледниците и под тях. През последните години изследователите установяват, че тези микроби далеч не са в съня. Всъщност екипът на Anesio съобщи в проучване от 2009 г., че микробите в някои криоконитни дупки са толкова биологично активни, колкото тези, открити в по-топлите почви на юг от Средиземноморието.
„Това беше наистина изненадващо, като се има предвид ниската температура и ниските хранителни условия [на околната среда], “ казва Джоузеф Кук, изследовател на криоконитните дупки в Университета в Шефилд, който не е участвал в това проучване.
В течение на една година тази дейност може кумулативно да изсмуче 63 000 имперски тона въглероден диоксид, съобщи екипът на Anesio в документа за 2009 г. Това е сравнимо с емисиите от около 13 500 автомобила за дадена година, казва той.
„[Изследването на Анезио] наистина беше първият опит за количествено определяне на количеството въглерод, който влизаше и излизаше от тези системи, което беше огромна стъпка и много важно“, казва Кук.
Алекс Анесио и неговият екип спят в палатки на леда по време на полевите си проучвания. Част от леда под палатката се топи, но след това палатката се държи като изолатор и държи по-голямата част от основата замръзнала, казва Анесио. (Крис Белас) Констатациите на Анесио не са били непременно това, което бихте очаквали от сладководни тела. Повечето езера и езера обикновено отделят повече въглероден диоксид в атмосферата чрез разлагане на органичен материал, отколкото те абсорбират чрез фотосинтеза.
Това е така, защото повечето езера и езера седят в гори и получават постоянен поток от животински и растителни останки от тези гори през подземните води. В резултат на това езерата и езерата често съдържат много разграждащ се материал и разлагането често се случва по-често, отколкото фотосинтезата, обяснява Анезио.
Криоконитовите дупки, от друга страна, са изолирани от горите - понякога с десетки стотици километри - и получават по-голямата част от органичния си материал чрез натрупвания във въздуха отломки. Няма много материал, който да се разгради, така че фотосинтезиращите организми са склонни да доминират, казва Анезио.
Не е нужно много, за да се прехвърли този сценарий. Ако утайката в отворите стане твърде гъста, слънчевата светлина не може да достигне дъното. Това ограничава фотосинтезата и скоростта на разлагане започва да превзема.
„Всички тези динамики са много зависими от движението на леда и релефа на леда“, казва Анезио. Това може да се променя ежедневно и сезонно. „Понякога имате много топене и преразпределяте гранулите наоколо в по-тънки слоеве, или понякога те се натрупват в определени части на ледника.“
Екипът на Anesio ще се опита да отговори на въпроса как тези дупки се променят с течение на времето, като спят до тях и наблюдават активността им всеки ден през деня.
Звуците от спазми и бързаща вода са сред единствените шумове, които ще чуете в тази среда, казва Анесио. (Крис Белас) Пътувайте до отсрещния край на света от полевия сайт на Анесио и ще откриете още една особеност на ледниците, които биха могли да играят важна роля в климата на Земята: масивни езера, заровени под 2, 5 мили лед на Антарктида.
Тези скрити езера, някои сравними по големина с Големите езера в Северна Америка, привлякоха вниманието на изследователи като Анесио и Уадъм през последните години по няколко причини. От една страна, тези езера съдържат вода, която е била хваната в продължение на милиони години, водейки екстремен живот, който никога не е бил изложен на човешки влияния.
Езерата също могат да съхраняват големи обеми от мощния метан на парникови газове, замразен във форма, наречена метанови хидрати. Ако ледените покривки на Антарктида се срутят, това би изложило тези хидрати, като ги залива с морска вода, докато океанът се измива над части от континента. Дестабилизираните хидрати биха се превърнали в метанови газови мехурчета и ще затоплят атмосферата, съобщиха Уадъм и колеги в проучване, публикувано в Nature през 2012 г.
Използвайки радиолокационни и сателитни изображения, изследователите са открили над 400 от тези така наречени подледникови езера под ледената покривка на Антарктида през последните 50 години. Но едва през 2013 г. амбициозен международен екип от изследователи успешно пробива сондаж през близо половин мили лед до повърхността на едно от тези езера.
Те успешно пробиха отново през 2015 г. на близко място, достигайки до заземителната зона на ледена покривка за първи път. Зоната на заземяване е зона, в която ледена плоча губи контакт със сушата и плува в морето.
Изследователи на седименти и водни проби, събрани от наземната зона, ще предоставят на екипа нова представа за стабилността на Западния Антарктически леден лист и потенциала му да повиши морското равнище в световен мащаб, ако той се срути. Екипът ще измерва и микробната активност в тези седименти, за да разбере по-добре ролята на тези погребани микроби в глобалния въглероден цикъл.
Славек Тулачик, изследовател от Калифорнийския университет, Санта Крус, който беше един от водещите учени в тези важни постижения, описва напрежението от чакането на оборудването им да пристигне на мястото им на тренировки през 2013 г., след повече от пет години планиране с приблизително 50 международни сътрудници.
Изследователите уредили оборудването им - с натрупване с тегло около 300 000 паунда - да пътуват в рамките на 12 контейнерни кораба през 800 мили ледена покривка, за да стигнат до подледниковите езера Уиланс в югозападната част на Антарктида. По-плитки от другите подледникови езера, Уиланс предостави на изследователите приличен шанс за успех поради своята относителна достъпност в сравнение с други езера, заровени под километри лед.
На шофьорите на камиони бяха необходими две седмици, за да изтеглят оборудването - някои от тях са изключително деликатни - до мястото на тренировка. Всичко, което учените можеха да направят, е да изчакат обратно в изследователската станция „Макмурдо“ и да слушат, както казват операторите на камиони със своите доклади.
"Чухме някои истории на ужасите", казва Тулачик, обяснявайки, че шофьорите се обаждаха, за да съобщят за счупени предмети и да поискат допълнителни доставки за заваряване. За щастие по-голямата част от щетите бяха изолирани на контейнерите за превоз, а не на тяхното съдържание.
„Когато влязохме вътре, това, което беше вътре в контейнерите, оцеля достатъчно добре, за да го използваме, но самите контейнери бяха доста бити и изглеждаха като че са преминали много“, казва Тулачик.
Tulaczyk и колегите му създадоха нещо, наречено тренировка за гореща вода за достъп до езерото Whillans. В течение на 24 часа изследователите пробиха дупка с диаметър на крак, като изпомпваха гореща вода насила и я циркулираха, така че, докато се задълбочи, дупката не замръзна сама по себе си.
След като успешно стигнаха до повърхността на езерото, изследователите изпратиха сонди надолу през дупката, за да събират данни и проби. Но те трябваше да го направят внимателно и чисто. Ако те замърсиха някое от оборудването си, те рискуваха да съберат съвременни микроби, които да объркат техните открития и да нарушат иначе девственото местообитание.
За тяхно вълнение и облекчение екипът намери доказателства за микроби, които живеят във водата, казва Тулачик. Имаше моменти по пътя, които екипът се тревожеше, че са се опитали през годините на планиране и харчат милиони долари в опит да достигнат безжизнена празнота.
Откритията им помагат да подкрепят идеята, че големи количества метанови метанови хидрати могат да седят под ледената покривка на Антарктида. Микробите биха могли да произвеждат този метан чрез разлагане на древни гори и друг органичен материал под леда, Wadham, Anesio, Tulaczyk и колеги, предложени в своя доклад за Nature 2012.
Изследователите, изследващи криоконитните дупки, понякога трябва да носят чисти костюми, за да предотвратят замърсяването на техните микробиални проби. (Алекс Анесио) Използвайки оценки, базирани на измервания от седименти, събрани под ледената покривка на Гренландия - съпоставим, но много по-тънък аналог на ледената покривка на Антарктида - екипът изчисли, че под антарктическия лед може да има 3, 9 милиона имперски тона метан.
Като се има предвид потентността на метана като парников газ, това може да бъде проблем за земната атмосфера, ако голяма част от ледената покривка се стопи. И според оценките на изследователи от Университета в Масачузетс, Амхерст и Пенсилвания държавен университет, това може да се случи до края на века.
Мартин Сигерт, глациолог от Imperial College London, е бил част от екипа, който описва подгланково езеро за първи път през 1996 г. Той казва, че оценките за това колко метан седи под леда на Антарктида, са теоретично правдоподобни.
Въпреки това, изследователите ще трябва да измерват микробната активност във влажни седименти под ледените покривки, за да затвърдят хипотезата си, казва Сигерт. "Това е доста просто, вида на науката, която трябва да направите, трудността е да стигнете дотам и да пробивате гореща вода."
Дори ако оценките за срутването на ледената покривка до края на века са верни, обаче, вероятно ще отнеме много повече време от това, за да може ефектът на метановите хидрати да се открие в атмосферата, казва Алексей Портнов, изследовател в Арктика Университет Тромсе в Норвегия. Портнов изучава остатъците от метанови хидрати, изложени в края на последната ледена епоха в Арктика, както и метанови хидрати, които в момента се размразяват от арктическата вечна замръзване днес. Той казва, че дори ако метановите хидрати почиват под ледения лист на Антарктида и се дестабилизират и започнат да бълват метан нагоре през морската вода до повърхността, ще отнеме стотици години тези метанови резерви да окажат осезаемо влияние върху глобалния климат.
„Ледените шапки се сриват все по-бързо и по-бързо през последните години“, казва Портнов. "Но все пак, за да получите количеството метан от тези газови хидрати, за да промените по някакъв начин климата, ще отнеме доста време."
Междувременно метан хидратите се размразяват от вечна замръзване и по плитките хребети на морското дъно вече отделят този парников газ в атмосферата със значителни темпове, казва Портнов. Ледените покривки са само един от многото магазини за замръзнал метан, които се размразяват.
Следващата стъпка за работата на хидратите на подледовия метан ще бъде осигуряването на повече финансиране за предприемане на друга сондажна експедиция до по-дълбоко езеро. Предишните усилия - като многомилионните усилия за пробиване на езерото Елсуърт през 2012 г. - не успяха. Така че, преди да се опитат да получат достъп до по-дълбоки езера със съществуващо оборудване, изследователите и инженерите трябва да си сътрудничат за разработването на нови техники за по-дълбоки проекти.
"Просто трябва да стигнем до там и да вземем пробите", казва Уадъм. „Това е едно от предизвикателствата на следващите две десетилетия.“
Големи пространства от криоконит - или леден прах - покриват леденият лист на Гренландия и други ледници по света, потъмнявайки повърхностите им и карайки да поемат топлина от слънцето. (Джоузеф Кук) Докато ледниците и ледените покривки могат физически да запушат големи складове от погребани метанови хидрати или да извадят въглероден диоксид от атмосферата през милиони малки дупки, въздействието им достига много по-далеч от физическия им отпечатък.
Например, когато криоконитните дупки се стопят достатъчно дълбоко, за да се източи дъното на ледник, тяхното съдържание в крайна сметка може да стигне до океана, измивайки хранителни вещества в морската екосистема. Това може да доведе до мащабни цъфтежи на водорасли, които биха могли да извадят въглеродния диоксид от атмосферата в пропорции, значително по-големи от онова, което микробите в тези дупки биха могли да се съборят, казва Анесио.
„Това би имало много по-силно глобално въздействие, тъй като фиксирането на въглерод в океана има огромно влияние върху глобалния въглероден цикъл“, казва той.
Въпреки че пълна картина за това как ледниковите микроби влияят на климата на Земята е на години, Анесио и неговите колеги полярни изследователи продължават напред. Справянето с технологични проблеми и тежки условия често означава, че техният пробив идва в съответствие и започва. Но предизвикателствата, интелектуални и физически, привличат учените към тези замразени пейзажи.
"Просто е толкова красиво да бъдеш там, невероятно е", казва Анесио. „Размерите и мащабът на нещата са толкова големи, реките и водата и формата на леда. Наистина се радвам да отида там. "
Кук от университета в Шефилд е съгласен. Той намира полета с криоконитни дупки, доколкото окото вижда, че е доста поразително изображение.
„Погледът в криоконитните дупки е странно красив“, казва Кук. „Много е ведро и е невероятно да видиш нещо толкова просто в лицето си, че да омаловажава невероятната сложност на случващото се. Това е нещо хипнотично. "
Сондажът в езерото Уиланс, който изисква координация между около 50 сътрудници от цял свят. (JT Thomas)
