Na nejizolovanějším místě planety se vědcům podařilo získat něco mimořádného: 228 metrů sedimentu zpod antarktického ledu, zachycujícího 23 milionů let historie klimatu. Tento přelomový objev může změnit naše chápání, jak Západoantarktický ledový příkrov reaguje na oteplování – a tím i to, jak rychle může stoupat hladina moří v následujících desetiletích.
Sedimenty pod ledem fungují jako geologické knihy, které hromadí vrstvy informací o tom, jak se prostředí v průběhu času měnilo. Každá vrstva obsahuje stopy – úlomky mořských organismů, minerály nebo chemické signály – které nám umožňují rekonstruovat dávné klima, hladiny moří, teploty oceánů a rozsah ledových příkrovů v průběhu geologických epoch. V praxi jsou jako přírodní archiv, kam Země „ukládá“ záznamy o všem, co se s ní dělo, od změn v oceánské cirkulaci až po epizody masivního tání ledu.
K rozluštění tohoto archivu vědci analyzují detaily, které se na první pohled mohou zdát bezvýznamné: velikost zrnek písku, přítomnost pylu roznášeného větrem, drobné schránky mořských organismů foraminifer nebo změny v poměru některých chemických izotopů (např. kyslíku-18 a kyslíku-16), které jim umožňují odhadnout teplotu oceánů v minulosti a objem globálního ledu. Každý z těchto signálů funguje jako řádek textu v této geologické knize a dohromady poskytují překvapivě přesný obraz toho, jak vypadala planeta v době, kdy se tyto sedimenty ukládaly.
Studie naznačují, že v některých podmořských prostředích s ledem a sedimenty se typická rychlost sedimentace může pohybovat v rozmezí 0,5 až 5 cm každých 1 000 let. Při této rychlosti by jádro sedimentu o délce 1 m mohlo představovat desítky až stovky tisíc let historie v závislosti na lokalitě a způsobu hromadění materiálu.
Související článek
Ve velmi dynamických oblastech, kde ledovce často postupují a ustupují, může docházet k promíchávání sedimentů, jejich erozi nebo opětovnému ukládání, což v záznamu „přeskakuje stránky“. V jiných, stabilnějších oblastech se naopak sedimenty hromadí téměř nepřetržitě, vrstvu po vrstvě, po miliony let. Klíčem k úspěchu je najít místa, kde je záznam kontinuální a dostatečně silný, aby bylo možné rekonstruovat podrobnou historii klimatu. A právě proto je nové jádro získané zpod antarktického ledu tak cenné.
Tento archiv je cenný zejména proto, že pokrývá období, kdy bylo na Zemi podstatně tepleji než dnes, a představuje tak ověřitelný klimatologický záznam naší minulosti. Až dosud nepřesahovala sedimentární jádra získaná zpod ledového příkrovu deset metrů. Jinými slovy, vědecké komunitě se sotva podařilo „poškrábat“ geologický záznam ukrytý pod velkými ledovými příkrovy. Ne proto, že by byl nezajímavý, ale proto, že je nesmírně obtížné provrtat se silným ledem, dosáhnout dna a pak pokračovat ve vrtání sedimentů, aniž by se otvor propadl nebo selhalo vybavení. Až dosud.
Většina toho, co jsme věděli o dávném klimatu Antarktidy, pocházela z ledových jader (vertikálně navrtaných ledových válců) a mořských sedimentů odebraných z okrajů kontinentu, kde mohou operovat lodě. Tyto záznamy umožnily rekonstruovat například kolísání oxidu uhličitého v atmosféře za posledních 800 000 let. Vnitřek kontinentu a podloží pod ledovým příkrovem však zůstala z velké části černou skříňkou. Nové vrty tuto skříňku začínají otevírat.
Na jednom z nejnehostinnějších míst planety se mezinárodnímu týmu vědců podařil výkon, který by mohl změnit naše chápání zemského klimatu. Více než 700 kilometrů od nejbližší vědecké stanice vyvrtali nejhlubší vrt sedimentů, které kdy byly vytěženy zpod ledového příkrovu: 228 metrů horniny a bahna nahromaděných za miliony let. Jednalo by se o souvislý archiv sedimentů, který by mohl pokrývat až 23 milionů let historie. A je to více než dvacetkrát delší než předchozí záznamy pod ledem. Z vědeckého hlediska se nejedná o postupné zlepšování: je to skok v měřítku.
Vybraná lokalita není náhodná. Vrt byl vyvrtán poblíž okraje Západoantarktického ledového příkrovu, jedné z oblastí, které jsou nejvíce ohroženy současným oteplováním. Tato oblast leží z velké části na skalním podloží pod hladinou moře, což ji činí obzvláště citlivou na oteplování oceánu. Pokud by došlo k destabilizaci tohoto ledového příkrovu, mohlo by to samo o sobě přispět ke zvýšení hladiny moří o několik metrů, což by ovlivnilo pobřežní města po celém světě na desítky let a staletí dopředu.
Na projektu nazvaném SWAIS2C (zkratka pro West Antarctic Ice Sheet Sensitivity at 2°C – citlivost západoantarktického ledového příkrovu při 2 °C) se podílel tým 29 inženýrů, vrtařů, vrtáků a specialistů na polární podmínky z deseti zemí. Dva měsíce žili a pracovali v odlehlém táboře, kde čelili extrémním teplotám, složité logistice a výzvám spojeným s provozem choulostivých strojů pod kilometry ledu.
Ústřední cíl projektu SWAIS2C je zdánlivě jednoduchý k formulaci, ale nesmírně složitý k zodpovězení: co se stane s ledovým příkrovem Západní Antarktidy, když průměrná globální teplota překročí 2 °C nad úroveň před průmyslovou revolucí? Toto číslo není libovolné; je to hranice, kterou Pařížská dohoda určuje jako mezní hodnotu pro zamezení nejhorších dopadů změny klimatu. Současné klimatické modely však stále nabízejí velmi širokou škálu možných reakcí antarktického ledu, od relativně mírného úbytku až po scénáře zrychleného tání.
Aby se tato nejistota zmenšila, sdružuje konsorcium SWAIS2C univerzity a výzkumná centra z Nového Zélandu, Spojených států, Evropy a Asie. Projekt kombinuje práci v terénu, numerické modelování a laboratorní analýzy s tím, že data získaná z antarktického podpovrchového prostředí budou použita ke „kalibraci“ modelů používaných k prognózování vzestupu mořské hladiny v příštích staletích.
Vrtání v Antarktidě není jako vrtání kdekoli jinde na Zemi. Nejprve se musí led zahřát pomocí systémů horké vody, aby se vytvořil počáteční otvor. Poté se sloupec trubek spustí do podledovcového podloží a pohybuje se v ledových vrstvách starých tisíce let. Každý získaný úlomek sedimentu je zaznamenán, vyfotografován a chráněn pro další analýzu ve specializovaných laboratořích, kde bude zkoumán pomocí nejmodernějších chemických a paleontologických technik.
Použitý systém je kombinací vrtání horkou vodou, která rozpustí led a otevře kanál hluboký více než kilometr, a mechanického vrtáku, který ze dna vytahuje jádra sedimentů. Udržet tento otvor otevřený je samo o sobě náročné: voda má při těchto teplotách tendenci rychle zamrzat, takže je třeba horkou vodu čerpat nepřetržitě a kontrolovat tlak, aby se zabránilo zhroucení potrubí.
Jakmile vrták dosáhne dna, začíná ta složitější část: vytáhnout válce sedimentu, aniž by došlo k porušení nebo promíchání vrstev. Každé jádro je rozřezáno na části, hermeticky uzavřeno a uloženo při kontrolované teplotě. Později se v laboratořích v různých zemích používají techniky, jako je datování pomocí radioaktivních izotopů (např. uran-olovo nebo argon-argon), analýza mikrofosilií, měření stabilních izotopů a identifikace biomarkerů (organických molekul, které prozrazují přítomnost určitých typů organismů nebo podmínek prostředí).
Nebylo to snadné: odpovědní pracovníci se o to pokoušeli ve dvou předchozích sezónách, které byly zkráceny technickými problémy, ale bez úspěchu. Letos se jim to konečně podařilo a překonali cíl, který byl více než 200 metrů sedimentu, zatímco předchozí pokusy pod jakýmkoli ledovým příkrovem jen zřídka dosáhly hloubky 10 metrů.
V předchozích kampaních si problémy, jako bylo ucpání vrtu zmrzlým ledem, selhání čerpadel na horkou vodu nebo potíže se stabilizací vrtné plošiny na ledu, vynutily předčasné zastavení prací. Získané zkušenosti umožnily přepracovat části systému, posílit vybavení a upravit provozní protokoly. Výsledkem bylo nejen překonání rekordu, ale také prokázání, že je technicky možné systematicky zpřístupnit sedimenty pod rozsáhlými ledovými příkrovy, což otevírá dveře budoucím vrtům na dalších klíčových místech kontinentu.
A výsledky jsou více než zajímavé. Například přítomnost pozůstatků mořských organismů, které ke svému životu potřebují světlo, naznačuje, že existovaly intervaly, kdy tato oblast nebyla pokryta trvalým ledem, ale nacházela se pod hladinou oceánu. Tyto informace pomáhají rekonstruovat, jak a kdy části ledového příkrovu v minulosti roztály, jak rychle tento proces probíhal a jaké podmínky prostředí jej vyvolaly.
Nalezené pozůstatky zahrnují mikrofosilie řas a dalších fotosyntetických organismů, které mohou žít pouze ve volné vodě nebo pod velmi tenkým, sezónním ledovým příkrovem. Jejich přítomnost v určitých úrovních jádra naznačuje, že v určitých obdobích v minulosti bylo místo dnešní silné ledové pokrývky pokryto relativně nezaledněným oceánem. To znamená, že linie dna – bod, kde led přestává spočívat na dně a začíná plavat – ustoupila stovky kilometrů do vnitrozemí.
Kromě zkamenělin vědci analyzují velikost zrn a minerální složení sedimentů. Vrstvy s hrubými, hranatými úlomky hornin jsou obvykle spojeny s epizodami, kdy led postupoval a seškrabával dno, přičemž transportoval erodovaný materiál. Naopak tenké, dobře tříděné vrstvy ukazují na klidnější období s pomalým usazováním v relativně stabilním mořském prostředí. Střídáním těchto typů vrstev vypovídá jádro o postupu a ústupu ledu v průběhu milionů let.
„Tento záznam nám poskytne zásadní informace o tom, jak Západoantarktický ledový příkrov a Rossův ledový šelf pravděpodobně reagují na teploty vyšší než 2 °C. První náznaky ukazují, že Západoantarktický ledový příkrov a Rossův ledový šelf byly po mnoho let vystaveny teplotám vyšším než 2 °C. První náznaky ukazují, že vrstvy sedimentů jádra pokrývají období posledních 23 milionů let, včetně období, kdy průměrné globální teploty na Zemi byly výrazně vyšší než 2 °C oproti předindustriálnímu období,“ uzavírá Huw Horgan, vědecký spoluvedoucí projektu, ve svém prohlášení.
Tato teplá období zahrnují vědecké komunitě dobře známé epizody, jako je středněmiocénní klimatické optimum (asi před 15 miliony let) nebo středněpliocénní oteplení (před 3-4 miliony let). V těchto dobách byla koncentrace CO2 v atmosféře srovnatelná nebo o něco vyšší než dnes a hladina světového oceánu byla o několik metrů vyšší než dnes. Pokud nové jádro potvrdí, že v těchto obdobích došlo k výraznému snížení ledového příkrovu Západní Antarktidy, bude to velmi konkrétní varování před tím, co by se mohlo stát v příštích staletích, pokud emise skleníkových plynů zůstanou vysoké.
Klimatické modely dnes zahrnují širokou škálu možných scénářů, ale reakce antarktického ledu na globální oteplování je jednou z největších nejistot. Znalost jeho reakce v teplejším klimatu v minulosti může tyto předpovědi „ukotvit“, snížit chybovost a poskytnout reálná data pro kalibraci matematických simulací. Nově nalezený 228metrový záznam tak není pouhým záznamem, ale novou stránkou v knize geologické historie Země, stránkou, která pravděpodobně obsahuje zásadní klíče k předvídání a řízení klimatických změn v 21. století a v dalších letech.
V praxi to znamená zlepšení odhadů, o kolik a jak rychle by mohla stoupat hladina moří. Současné prognózy Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) zahrnují širokou škálu možných nárůstů do konce století, mimo jiné proto, že není přesně známo budoucí chování velkých ledových příkrovů. Pokud údaje z jádra sedimentů ukazují, že západní Antarktida v minulosti rychle reagovala na relativně mírné zvýšení teploty, měly by modely tuto citlivost odrážet. Pokud naopak záznamy ukazují na pomalejší a pozvolnější reakci, bude i tato skutečnost zahrnuta do simulací.
Kromě čísel je hodnota takových projektů v tom, že propojují hluboký čas geologie s rozhodnutími současnosti. To, co se stalo před 10 až 20 miliony let, kdy lidstvo ještě neexistovalo, může ovlivnit to, jak dnes plánujeme pobřežní infrastrukturu, pojištění, adaptační politiky a strategie snižování emisí. V tomto smyslu je každý centimetr sedimentu vytěženého zpod antarktického ledu také nástrojem pro informovanější rozhodování o naší společné budoucnosti.
Vrtem však práce nekončí. Během několika příštích let si různé vědecké týmy rozdělí části jádra, aby je analyzovaly s využitím celého arzenálu dostupných moderních technik. Výsledky budou postupně publikovány v recenzovaných vědeckých časopisech a data budou začleněna do databází s otevřeným přístupem, aby je další skupiny mohly využít ve svých vlastních modelech a studiích. Je to pomalý, pracný a kolektivní proces, ale je to jediný způsob, jak využít plný potenciál 228metrového archivu.
Mezitím tým SWAIS2C již přemýšlí o dalších krocích: o dalších vrtech na dalších strategických místech v západní Antarktidě, o technických vylepšeních, aby bylo možné jít ještě hlouběji, a o spolupráci s klimatickými modeláři, aby se výsledky promítly do konkrétních rizikových scénářů. Závod o pochopení toho, jak bude antarktický led reagovat na oteplování, není jen akademickou otázkou: je to ústřední část klimatické skládačky pro nadcházející desetiletí. A poprvé máme k dispozici dostatečně dlouhý a podrobný sedimentární záznam, abychom na tuto otázku mohli začít odpovídat na základě spolehlivých údajů, nikoliv pouze odhadů.