U sedimentima ispod antarktičkog leda otkriven divovski sustav podzemnih voda

Tim znanstvenika mapirao je ogroman, aktivno cirkulirajući sustav podzemnih voda u dubokim sedimentima na zapadnom Antarktiku. Kažu da su takvi sustavi uobičajeni na Antarktiku, te da mogu imati još neke nepoznate implikacije na to kako smrznuti kontinent reagira na klimatske promjene ili čak sam pridonosi istima. Prethodno nekartirani rezervoari mogli bi ubrzati glečere i ispuštati ugljik.

Mnogi znanstvenici govore da je tekuća voda ključ za razumijevanje ponašanja smrznutog oblika koji se nalazi u ledenjacima. Poznato je da otopljena voda podmazuje njihovu šljunkovitu podlogu i ubrzava ih prema moru. Posljednjih godina, znanstvenici na Antarktiku otkrili su stotine međusobno povezanih tekućih jezera i rijeka smještenih unutar samog leda. Snimili su debele bazene sedimenata ispod leda, koji potencijalno sadrže najveće rezervoare vode od svih. No, do sada nitko nije potvrdio prisutnost velikih količina tekuće vode u sedimentima ispod leda, niti je proučavao kako bi ta voda mogla stupiti u interakciju s ledom.

Prvi put mapiran sustav zapadnoantarktičkih podzemnih voda

Po prvi put je mapiran ogroman, aktivno cirkulirajući sustav podzemnih voda u dubokim sedimentima na zapadnoj Antarktici. Takvi sustavi, vjerojatno uobičajeni na Antarktiku, mogu imati još nepoznate implikacije na to kako zamrznuti kontinent reagira na klimatske promjene ili čak pridonosi klimatskim promjenama.

– Ljudi su pretpostavili da bi u tim sedimentima mogla biti duboka podzemna voda, ali do sad nitko nije napravio nikakvu detaljnu sliku – rekla je glavna autorica studije, Chloe Gustafson, koja je istraživanje radila kao studentica poslijediplomskog studija na Sveučilištu Columbia Lamont- Doherty Earth Observatory. – Količina podzemne vode koju smo pronašli bila je toliko značajna da vjerojatno utječe na procese ledenih tokova. Sad moramo saznati više i dokučiti kako ta saznanja uključiti u dosadašnje modele.

Znanstvenici su desetljećima letjeli radarima i drugim instrumentima iznad antarktičkog ledenog pokrova kako bi snimili značajke podzemne površine. Među mnogim drugim stvarima, ove misije otkrile su sedimentne bazene stisnute između leda i temeljne stijene. No geofizika u zraku općenito može otkriti samo grube obrise takvih značajki, a ne sadržaj vode ili druge karakteristike. U jednoj iznimci, studija o suhim dolinama McMurdo na Antarktiku iz 2019. koristila je helikopterske instrumente za dokumentiranje nekoliko stotina metara subglacijalnih podzemnih voda ispod oko 350 metara leda. No većina poznatih sedimentnih bazena Antarktike mnogo je dublja, a većina leda je mnogo deblja, izvan dosega instrumenata u zraku. Na nekoliko mjesta istraživači su izbušili led u sedimente, ali su prodrli samo u prvih nekoliko metara. Dakle, modeli ponašanja ledenih ploča uključuju samo hidrološke sustave unutar ili neposredno ispod leda, piše Science Daily.

Sedimenti napunjeni tekućom vodom do kraja

Ovo je naime, veliki nedostatak. Većina ekspanzivnih sedimentnih bazena Antarktike leži ispod trenutne razine mora, uklinjena između kopnenog leda vezanog uz stijene i plutajućih morskih ledenih polica koje obrubljuju kontinent. Smatra se da su nastali na morskom dnu tijekom toplih razdoblja kad je razina mora bila viša. Ako bi se ledene police povukle u klimi koja se zagrijava, oceanske vode mogle bi ponovno napasti sedimente, a ledenjaci iza njih mogli bi pojuriti naprijed i podići razinu mora diljem svijeta.

Znanstvenici su se u novoj studiji koncentrirali na 60 milja širok Whillans Ice Stream, jedan od šest brzih potoka koji napajaju Rossovu ledenu policu, najveću na svijetu, otprilike veličine kanadskog teritorija Yukon. Prethodna istraživanja otkrila su subglacijalno jezero unutar leda i sedimentni bazen koji se proteže ispod njega. Plitkim bušenjem do prve stope sedimenata došlo je do tekuće vode i uspješne zajednice mikroba. Ali ono što se nalazi dalje, ostao je misterij.

Krajem 2018. godine u studiji jednog tima znanstvenika, misija je bila bolje mapirati sedimente i njihova svojstva pomoću geofizičkih instrumenata postavljenih izravno na površinu. Daleko od ikakve pomoći ako nešto pođe po zlu, trebalo bi im šest iscrpljujućih tjedana putovanja, kopanja po snijegu, sadnje instrumenata i bezbroj drugih poslova.

Tim je koristio tehniku ​​zvanu magnetotelursko snimanje, koja mjeri prodiranje prirodne elektromagnetske energije koja se stvara visoko u atmosferi. Led, sedimenti, slatka voda, slana voda i temeljne stijene provode elektromagnetsku energiju u različitim stupnjevima; mjerenjem razlika, znanstvenici mogu stvoriti karte različitih elemenata nalik MRI. Tim je postavio svoje instrumente u snježne jame na dan ili više, a zatim ih iskopao i premjestio, na kraju očitavajući na oko četiri tuceta lokacija. Također su ponovno analizirali prirodne seizmičke valove koji izviru iz zemlje koje je prikupio drugi tim, kako bi pomogli u razlikovanju temeljne stijene, sedimenta i leda.

Njihova analiza je pokazala da se, ovisno o lokaciji, sedimenti protežu ispod podnožja leda od pola kilometra do gotovo dva kilometra prije nego što udare u stijenu. I potvrdili su da su sedimenti napunjeni tekućom vodom do kraja. Istraživači procjenjuju da bi, kada bi se sve to izvuklo, formirao vodeni stup 220 do 820 metara visok – barem 10 puta više nego u plitkim hidrološkim sustavima unutar i u podnožju leda – možda mnogo ravnomjerniji od toga.

Slana voda postaje slanija s dubinom

Slana voda provodi energiju bolje od slatke vode, pa su također uspjeli pokazati da podzemna voda postaje slanija s dubinom. To ima smisla, jer se vjeruje da su sedimenti davno nastali u morskom okruženju. Vode oceana su vjerojatno zadnji put dosegle današnje područje koje pokrivaju Whillans tijekom toplog razdoblja prije nekih 5000 do 7000 godina, zasićući sedimente slanom vodom. Kada je led ponovno napredovao, svježa otopljena voda nastala pritiskom odozgo i trenjem na podlozi leda očito je potisnuta u gornje sedimente. Vjerojatno se i danas nastavlja filtrirati i miješati.

Znanstvenici kažu da bi ovo sporo istjecanje slatke vode u sedimente moglo spriječiti nakupljanje vode u podnožju leda. To bi moglo djelovati kao kočnica za kretanje leda naprijed. Mjerenja drugih znanstvenika na liniji uzemljenja ledenog toka, točki gdje se kopnena ledena struja susreće s plutajućom ledenom pločom, pokazuju da je voda tamo nešto manje slana od obične morske vode. To sugerira da slatka voda teče kroz sedimente u ocean, stvarajući prostor za ulazak više otopljene vode i održavajući sustav stabilnim.

Međutim, ako bi se površina leda stanjila, što je velika mogućnost kako se klima zagrijava – smjer toka vode mogao bi se obrnuti. Pritisci iznad bi se smanjili, a dublje podzemne vode bi mogle početi izvirati prema ledenoj podlozi. To bi moglo dodatno podmazati bazu leda i povećati njegovo kretanje naprijed. Ako duboka podzemna voda teče prema gore, mogla bi prenositi geotermalnu toplinu koja se prirodno stvara u stijeni; to bi moglo dodatno odmrznuti podnožje leda i potjerati ga naprijed. No hoće li se to dogoditi i u kojoj mjeri, nije jasno.

Poznata prisutnost mikroba u plitkim sedimentima dodaje još jedan sloj. Ovaj i drugi bazen vjerojatno su naseljeni niže; a ako se podzemna voda počne kretati prema gore, donijela bi otopljeni ugljik koji koriste ti mikrobi. Bočni tok podzemne vode bi tad poslao dio tog ugljika u ocean. To bi vjerojatno pretvorilo Antarktiku u do sada nerazmotreni izvor ugljika u svijetu koji već pliva u njemu. Ali opet, pitanje je hoće li to imati neki značajan učinak.

Nova studija samo je početak rješavanja ovih pitanja. Potvrda postojanja duboke dinamike podzemnih voda promijenila je naše razumijevanje ponašanja ledenih tokova i nametnula se modifikacija modela subglacijalne vode.

Z.G.