Направи дарение на училище!

Ледниците съдържат ценни улики за екологичната история на планетата. Учените се опитват да ги уловят, преди да са се стопили.

Маргит Швиковски и нейният екип се опитват да вземат проби от ледника Корбасиер в швейцарските Алпи, когато времето започва внезапно да се влошава. Те са разположени между извисяващите се върхове на масива Гранд Комбин. Единственият изход от това обширно ледено пространство при буря е да се спуснете по стръмна планинска стена или да преминете през самата назъбена повърхност на ледника, която отнема по няколко живота годишно. Вместо това те се оттеглят с хеликоптер, преди да е станало твърде късно.

За Швиковски, химик по околна среда в Института Паул Шерер във Вилиген (Швейцария), рисковете от мисии като тази експедиция през октомври 2020 г. в Корбасиер си заслужават. Екипите, които тя ръководи, са част от международно предприятие, което има за цел да запази „спомените“, замръзнали в планинските ледници по целия свят, като пробие дълги проби по целия път от младия повърхностен сняг до стария, уплътнен лед в основата на ледника.

Тези ледени ядра са заредени с информация за миналото на Земята, която може да бъде от решаващо значение в нашата борба срещу глобалното затопляне. В тях е заключена картина на това как климатът на планетата се е променил с течение на времето, както и доказателства за влиянието на човешката дейност още от времето на римляните, улики за еволюцията на микроорганизмите и много други. Сега с повишаването на температурите учените се надпреварват да спасят ледените ядра на световните ледници, преди те да се стопят.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Планинските ледници, известни още като алпийски ледници, са бавно течащи ледени реки. Те започват живота си на големи надморски височини, където количеството сняг, който се утаява през зимата, значително надвишава количеството, което се топи през лятото. С течение на времето натрупването на снежна покривка и прекомерното тегло карат снежинките в по-дълбоките слоеве постепенно да се трансформират в синьо оцветен глетчерен лед, който в крайна сметка пълзи надолу под собственото си тегло.

„Дълбоко в ледниците има един невероятен процес, при който древният въздух се запазва от времето, когато се е заклещил в леда“, обяснява Швиковски, описвайки ефекта от увеличаването на плътността с дълбочината. Тази критична дълбочина, от която дори въздухът не може да излезе, е около 45 метра в европейските Алпи. Задържаният въздух там е една реликва, която ще бъде загубена завинаги, ако пробите от ледените ядра не бъдат събрани преди ледниците да се стопят. Швиковски и екипът ѝ бързат с извличането на проби от най-уязвимите ледници на планетата. „Няма толкова много групи по света, които да могат да извършат такова пробиване в ледено ядро и затова трябва да съсредоточим силите си.“

За съжаление в случая с ледника Корбасиер вече е твърде късно. Още преди времето да се обърне, мисията вече пропадна. При всеки опит за извличане на ледено ядро учените удрят в твърд слой, известен като ледена леща. Те се образуват, когато повърхностните слоеве на ледниците се стопят, което води до просмукване на водата през снега, преди да замръзне в дебел леден пласт отдолу. С хронологията на ледените слоеве, смесена по този начин, ценната научна информация се губи завинаги.

Ледникът е изглеждал в добра форма по време на пробен пробег през 2018 г., но двете изключително топли лета впоследствие сигурно са взели своето.
„Начинът, по който този леден архив беше толкова повреден само за две години, показва нагледно колко чувствителни са тези ледници“, казва Швиковски.

Навсякъде по света картината е подобна. Ледниците се свиват с тревожни темпове. Повече от 9 трилиона тона глетчерен лед са били загубени между 1961 и 2016 г., добавяйки 27 милиметра към средното глобално морско равнище, според проучване от 2019 г., ръководено от Майкъл Земп, директор на Световната служба за наблюдение на ледниците. Това отговаря на леден блок с размерите на Обединеното кралство със средна дебелина 44 метра, уточнява той. Ако настоящите темпове на топене продължат, ледниците ще изчезнат изцяло от Европа, Нова Зеландия и западната част на Северна Америка, наред с други части на света, до края на века.

Резултатът ще бъде по-нататъшно покачване на морското равнище в световен мащаб, с всички въздействащи ефекти върху хората, особено тези, които живеят в близост до бреговете и в селските общности, които разчитат на вода от сезонното топене на ледовете.
Ако целият лед, покриващ Антарктида, Гренландия и планинските ледници по света, се стопи напълно, морското равнище ще се повиши с около 70 метра. Което означава, че океанът ще обхване всички крайбрежни градове и низини, а в тази зона живеят милиарди хора.

За учени като Швиковски, топенето на ледниците застрашава също и несравнимия архив, съдържащ се в леда, за екологичното минало на Земята, което предизвика стартирането на проекта „Ice Memory“ (Ледена памет) през 2015 г. Този проект сега е подкрепен от ЮНЕСКО и Организацията на ООН за образование, наука и култура, с това международните усилия обединиха много изследователи от различни области.
„Трябваше да предприемем действия, преди да е станало твърде късно. Тези архиви са за сравнителни записи на нашето минало и трябва да бъдат запазени за бъдещите поколения учени“, казва Карло Барбанте, химик от Университета на Венеция (Италия) и сътрудник-основател на проекта.

Геологически казано, планинските ледници държат сравнително млад леден запис, обикновено обхващащ последните 1000 до 10 000 години.
Едно нещо, което те не могат да направят, е да създадат картина на наистина дългосрочния климат. За това учените разчитат най-вече на по-стари проби от лед от континенталните ледени пластове в Антарктида и Гренландия. Те също са застрашени от глобалното затопляне, но тяхното свиване ще се случва в продължение на още хиляди години, така че те са извън обхвата на проекта Ice Memory.

Макар и по-млади, планинските ледници имат едно голямо предимство пред полярните ледени покривки – географското им разпространение. Те съществуват на всички континенти, с изключение на Австралия. Това ни помага да изградим една наистина глобална картина на сравнително скорошния климат от миналото и означава, че информацията, която те съдържат, също така е силно специфична за региона.
Тъй като през 70-те години започнаха проекти за ледените ядра, изследващи европейските ледници, те идентифицираха редица улики за условията по различно време, от местна биологична материя, включително сахарски пясък и вулканична прах, издухана от вятъра. Освен това тези ледници обикновено са достатъчно близо до човешките дейности, така че носят данни и за нашето въздействие. Азотните оксиди от автомобилите, тежките метали от промишлеността и радиоактивните замърсители от Чернобилската катастрофа през 1986 г. са оставили своя отпечатък в леда. Изследванията дори са открили олово и антимон, свързани с производството и използването на тръби и сребърни монети от римляните.

Всичко това е важно, но разбирането на климата в миналото е най-привлекателното, когато става въпрос за ледени ядра от планински ледници.
Информацията се кодира в различните видове води на различни дълбочини в леда. През по-топлите периоди по-големи количества по-тежки форми на вода – където водородните и кислородните атоми във водните молекули имат повече от обичайния брой неутрони – се изпаряват от океаните. Част от тази по-тежка вода в крайна сметка пада обратно на Земята под формата на сняг върху ледници, осигурявайки отличен начин за възстановяване на миналите температури.

Замръзнал живот

Може би дори е възможно да се разплете и изучи част от въздействието на предишните промени в климата върху екосистемите. Един от начините да направим това е чрез древните микроорганизми, съхранявани в планинските ледници. Технологиите за генетично секвениране позволяват на биолозите да получат по-пълна представа за ледниковите екосистеми директно от самите полеви проби.

„Има толкова много въпроси, които можем да започнем да задаваме“, казва Катрин Лароуз, микробиолог от École Centrale de Lyonin France. „След като извадим тези древни ледени ядра, ще можем ли да намерим много стари форми на живот? Дали организмите, които са съществували в миналото, са подобни на тези, което виждаме сега?”
Една линия на това изследване е да се изгради картина на екосистемата, като се проследи как микроорганизмите и техните гени са се развили в отговор на натиска на околната среда. Например, изобилие от гени, свързани с устойчивост към живак, би означавало наличието на този силно токсичен елемент, чиито естествени източници включват вулкани и горски пожари.

С нетърпение да не пропуснат тези улики към миналото, изследователите, ангажирани с проекта Ice Memory, се разпръснаха по целия свят да събират проби. През 2016 г. една мисия извади три ледени ядра от ледника Кол дю Дом на височина 4300 метра при Монблан във Франция. Оттогава ядра са извлечени през 2017 г. и от ледника Илимани в Боливия – където ледниците съдържат записи от 18 000 години – и от два обекта в Русия през 2018 г. Планира се да се извлекат ядра от още 20 обекта по света през следващия 10 до 15 години.

Учените пробиват в близост до най-високите точки на ледниците, където се натрупват сняг и лед, а не по-надолу по езика на ледника, където потокът вече смесва ледения запис.
Но природата не винаги играе по правилата. Патрик Джино от Института по геоложки науки в околната среда (IGE) в Гренобъл, (Франция), който ръководи мисията в Боливия, припомня, че вятърът и силните снеговалежи са върлували в продължение на две седмици на 6300 метра над морското равнище. „Имаше дни на върха на Илимани, когато изобщо не можехме да работим.“

Лошото време доведе до това, че изследователите на Ice Memory отложиха и майската мисия до ледника Colle Gnifetti на масива Монта Роза на италианско-швейцарската граница до юни, когато все пак успяха да извадят ядра до основата. На 4500 метра зоната за натрупване на Colle Gnifetti е най-високата в Европа, с лед, датиращ от 15 000 години. „Освен дълъг климатичен запис, обектът съдържа и информация за човешката история, например промени в земеползването и култивирането на култури или прединдустриални минни дейности“, казва Швиковски.

След Европа, следващата цел е планината Килиманджаро в Танзания, където се намира единствения ледник, останал в Африка, с достатъчно лед, който да бъде полезен за изследванията на климата. На надморска височина от почти 6000 метра, ледът на Кибо, най-високият връх на Килиманджаро, предоставя уникална възможност за изучаване на миналия състав на тропическата средна тропосфера – важен регион на атмосферата за глобалните метеорологични и климатични процеси. Но часовникът тиктака, тъй като около 85% от ледената шапка на Килиманджаро вече се е стопила през последния век.

Поглед в перспектива

Борбата със стихиите не е единственото предизвикателство за тези експедиции, има и логистични пречки за навигацията. Учените се нуждаят от разрешителни от правителствата, местна помощ при транспорта и надеждна хладилна верига, за да се гарантира, че пробите няма да се стопят. Тези местни партньорства са съществен елемент от Ice Memory. Учените по проекта са наясно с щетите, които европейските учени могат да нанесат като се “спускат с парашут” в по-слабо научно развити държави, за да извлекат проби в полза на кариерата си.
„Нашият начин винаги е да започнем чрез изграждане на сътрудничество с местни учени и след това да организираме операцията от там“, казва Джино.

Дори след всичко това извличането на ледените ядра е само половината от успеха, тъй като те после трябва и да се съхраняват. Планът е да бъдат настанени в специално построено съоръжение – един вид „ледено светилище“ във френско-италианската изследователска станция Concordia, на повече от 1000 километра навътре от югоизточния бряг на Антарктида. Мястото е избрано за политически неутрално и надеждно студено в дългосрочен план, така че няма опасност от повреда във фризерите, която да изтрие хилядолетия данни. Там ядрата ще се съхраняват в ледени пещери, създадени чрез надуване на балон с форма на колбас, покрит със сняг, в процес, напомнящ за хартиено маше. Пещерите ще бъдат на 10 метра под повърхността, с температура на околната среда -50°C.
Засега графиците са спрени поради пандемията на COVID-19, но първите ядра могат да достигнат леденото светилище още през 2023 г.

Въпреки че съхранението далеч не е тривиално, то е ключово за проекта Ice Memory. При типична мисия експедиционните екипи имат за цел да извлекат три ледени ядра, само едно за незабавен анализ и в идеалния случай две запазени за бъдещите поколения учени. Надеждите са, че с бъдещите знания и технологии, които все още нямаме, ще може да се извлече повече информация от тези ледени архиви, отколкото можем да мечтаем сега.
Например, Лароуз казва, че биолозите едва сега започват да разбират как микроорганизмите комуникират помежду си, както и сложната роля, която вирусите играят в природата, носейки полезни гени за оцеляване на бактериите, от една страна, като същевременно унищожават популациите им, от друга. „Има постоянна еволюционна обратна връзка и би било готино да се проследи с течение на времето“, казва тя.

Дори непосредственият анализ на ядрата се провежда с дългосрочен план: за създаване на референтни данни за бъдещи проучвания, които ще бъдат достъпни в публична база данни. Като такива ключови центрове за незабавен анализ са привлекли значителни инвестиции. Например, IGE се трансформира през последните две години с 1 милион евро от Ice Memory, вътрешни източници и частни донори. В основата му е система за „непрекъснат анализ на потока“, където участъците от едно ледено ядро се трансформират във вода и газ, преди да се направят измервания.

Погледът в перспектива на проекта Ice Memory, съсредоточен върху бъдещите поколения учени, контрастира силно с краткосрочните политически спорове, които толкова често осуетяват преговорите по климата.
За Барбанте вълнението от новите инструменти, които се разработват за дешифриране на уроците от миналото, само засилва спешността да се съхраняват проби от лед.
„След няколко десетилетия, когато тези техники ще бъдат достъпни за разкриване на по-нататъшни прозрения за климата, ледът на много височинни ледници вече няма да бъде на разположение.“ Наистина нямаме време за губене.

Източници: New Scientist, amnh.org
Превод: Радослав Тодоров

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!