Історія швидкого танення Західної Антарктиди передбачає раптові зміни в 'катастрофічній' геології континенту

(MENAFN- The Conversation) Через свою товсту, обширну льодову шапку Антарктида здається єдиним, безперервним суходолом, розташованим над Південним полюсом і простягненим обома півкулями світу. Західна частина льодовика має форму «пальця hitchhiker» — метафора, яка підходить, оскільки Західний Антарктичний льодовик рухається. Під впливом потепління океанів і атмосфери, льодовик, що лежить на Західній Антарктиді, тане, витікає назовні і зменшується у розмірі — і все це відбувається надзвичайно швидко.

Більшість дискусій про танення масивних льодовиків у часи зміни клімату стосується їхнього впливу на людей. Це логічно: мільйони людей бачать руйнування своїх домівок через підвищення рівня моря і штормові хвилі.

Але що станеться з самою Антарктидою, коли льодовики тануть?

У шарах осадів, накопичених на морському дні протягом мільйонів років, дослідники, зокрема й ми, знаходять докази того, що коли Західна Антарктида танула, в регіоні спостерігалася швидка активізація наземної геологічної діяльності. Ці докази пророкують, що нас чекає у майбутньому.

Подорож відкриттів

Ще 30 мільйонів років тому льодовик покривав значну частину того, що тепер називаємо Антарктидою. Але під час пліоцену, який тривав з 5,3 до 2,6 мільйонів років тому, льодовик на Західній Антарктиді значно відступив. Замість безперервного льодовика залишилися високі льодові шапки і льодовики на або поблизу гірських вершин.

Близько 5 мільйонів років тому навколо Антарктиди почалися потепління, і льодовик Західної Антарктиди зменшився. Приблизно 3 мільйони років тому вся Земля увійшла у теплий кліматичний період, схожий на сучасний.

Гляціали не є статичними. Ці великі маси льоду формуються на суші і рухаються до моря, перетинаючи тверді породи і зчищаючи матеріал з ландшафту, який вони покривають, і транспортують цей уламковий матеріал разом із льодом, майже як конвеєр. Цей процес прискорюється при потеплінні клімату, що також сприяє відколу льодовиків у море, утворенню айсбергів. Льодовики з уламками можуть переносити материкову породу у море, де вона опускається на морське дно, коли айсберги тануть.

Дослідницький корабель JOIDES Resolution готується до глибоководного буріння у зовнішньому районі моря Амудсена під час експедиції Міжнародної програми дослідження океану 379. Біля корабля видно сучасні айсберги. Phil Christie, CC BY-NC-ND

На початку 2019 року ми приєдналися до великої наукової експедиції — Міжнародної програми дослідження океану 379 — у море Амудсена, південь Тихого океану. Наша мета — зібрати матеріал з морського дна, щоб дізнатися, що трапилося в Західній Антарктиді під час її минулого танення.

На борту бурового судна JOIDES Resolution дослідники опустили свердловину майже на 13 000 футів (3 962 метри) до морського дна і просвердлили 2 605 футів (794 метри) у морському підлозі, безпосередньо біля найуразливішої частини льодовика Західної Антарктиди.

У результаті витягнули довгі трубки, так звані «якорі», що містили шари осадів, відкладених від 6 мільйонів років тому до сьогодні. Наші дослідження зосереджувалися на секціях осадів з періоду пліоцену, коли Антарктида ще не була повністю вкритою льодом.

На борту бурового судна JOIDES Resolution Кейджі Хорікава досліджує ядро з уламками льодовикових каменів і тонкими шарами мулу. Christine Siddoway, CC BY-ND

Несподіване відкриття

Під час роботи один із нас, Крістін Сіддовеї, був здивований, виявивши незвичайний пісочняк у порушеній частині ядра. Фрагменти пісковику були рідкісними у ядрі, тому походження цього камінчика викликало великий інтерес. Аналіз показав, що цей камінчик походить із гір глибоко в внутрішній частині Антарктиди, приблизно за 1300 кілометрів від місця буріння.

Щоб це сталося, айсберги повинні були відколотися від льодовиків, що течуть з внутрішніх гір, і потім плавати у напрямку Тихого океану. Це свідчення того, що через внутрішню частину сучасної Антарктиди існував глибокий морський прохід — не сучасний товстий льодовик.

Після експедиції, коли дослідники повернулися до своїх лабораторій, це відкриття було підтверджено аналізом мулу, глини, уламків породи і мікрофоссилій, які також були знайдені у осадових ядрах. Хімічні та магнітні властивості матеріалу ядра розкрили детальний хронологічний ряд відступу і просування льодовика протягом багатьох років.

Ядра буріння містять важливі маркери подій пліоцену: праворуч — червона стрілка вказує на шар вулканічного попелу, виверженого з вулкана Західної Антарктиди близько 3 мільйонів років тому. Зліва — секція з тонкими шарами мулу, що позначають початок льодовикових умов. Над ними — товстий шар уламків, що опустилися з айсбергів під час міжльодовикових періодів. Білий квадрат позначає вузьку зону з унікальним ізотопним підписом. IODP Expedition 379, JOIDES Resolution Science Operator, CC BY

Один із ключових маркерів був отриманий у результаті аналізів, проведених Хорікавою. Він намагався співставити тонкі шари мулу у ядрі з породами з материка, щоб перевірити ідею, що айсберги переносили такі матеріали на великі відстані. Кожен шар мулу був відкладений одразу після епізоду танення льодовика, коли льодовик відступав і утворював шар уламкового мулу, що переносився айсбергами. Визначаючи кількість різних елементів, зокрема стронцію, неодиму і свинцю, він зміг зв’язати конкретні тонкі шари мулу у ядрі з хімічними підписами у виходах у горах Елсворта, за 1400 кілометрів від місця буріння.

Хорікава виявив не один випадок такого матеріалу, а до п’яти шарів мулу, відкладених між 4,7 і 3,3 мільйонами років тому. Це свідчить про те, що льодовик танув і формувався відкритий океан, а потім знову розвивався, заповнюючи внутрішні райони, — і все це повторювалося за короткі періоди від тисяч до десятків тисяч років.

Ця анімація показує чисельне моделювання коливань антарктичного льодовика протягом мільйонів років. Модель керується часом, що змінюється температурою океану і атмосфери; льодовик розширюється при охолодженні і скорочується при потеплінні. Місце розташування осадових ядер експедиції 379 позначено зіркою з пунктирною лінією. Це одне з можливих відтворень поведінки льодовика під час одного відступу/відновлення приблизно 3,6 мільйони років тому. Модель підтверджена порівнянням із геологічною інформацією.

Створення повнішої картини

Команда Руті Халберстад використала цю хімічну інформацію і час у комп’ютерних моделях для показу, як архіпелаг із льодовикових, гористих островів виник, коли океан замінив товсті льодовики, що зараз заповнюють внутрішні басейни Антарктиди.

Найбільші зміни відбувалися вздовж узбережжя. Моделі показують швидке зростання виробництва айсбергів і драматичне відступання краю льодовика до гір Елсворта. Море Амудсена стало переповнене айсбергами з усіх напрямків. Камені і уламки, що були в льодовиках, плавали у морі у складі айсбергів і опускалися на морське дно під час танення льодовиків.

Довгий час геологічні докази з Антарктиди і з інших частин світу показують, що коли льодовики тануть і злітають з суші, сама земля піднімається, оскільки більше не тисне на неї лід. Це може спричинити землетруси, особливо в Західній Антарктиді, яка розташована над особливо гарячими зонами мантії Землі, що швидко реагують на танення льоду.

Зняття тиску з землі також підвищує вулканічну активність — як це відбувається сьогодні в Ісландії. Свідчення цього в Антарктиді — шар вулканічного попелу, який Сіддовеї і Хорікава виявили у ядрах, утворений 3 мільйони років тому.

Давня втрата льоду і підйоми в Західній Антарктиді також спричинили масові обвали породи і зсуви у тріщинних, пошкоджених породах, формуючи льодовикові долини і прибережні скелі. Обвали під морським дном витіснили величезну кількість осадів з морської платформи. Відсутність ваги льодовика і води сприяла руйнуванню великих мас породи, які виривалися і викидалися у воду, спричиняючи цунамі і додаткові руйнування берегів.

Швидке початок цих змін зробив Західну Антарктиду зразком так званої «катастрофічної геології».

Швидкий підйом активності нагадує те, що відбувалося раніше на планеті. Наприклад, наприкінці останнього льодовикового періоду Північної півкулі, 15 000–18 000 років тому, регіон між Ютою і Британською Колумбією зазнав повеней через прорив льодових водосховищ, підйому землі, обвалів і зростання вулканічної активності. Такі події й досі трапляються у Канаді та Алясці.

Вчені досліджують зв’язок між танучими льодовиками і вулканічними виверженнями. Динамічне відступання льодовика

Аналіз хімічного складу порід нашою командою показує, що Західна Антарктида не обов’язково зазнає одного поступового, масштабного переходу від покриття льодом до безльодової зони, а швидко коливається між різними станами. Кожного разу, коли льодовик раніше зникав, це спричиняло геологічний хаос.

Майбутнє для Західної Антарктиди полягає в тому, що коли її льодовик знову розвалиться, катастрофічні події повернуться. Це буде повторюватися знову і знову, коли льодовик відступатиме і знову просуватиметься, відкриваючи і закриваючи зв’язки між різними частинами світових океанів.

Це динамічне майбутнє може спричинити швидкі відповіді біосфери, наприклад, цвітіння водоростей навколо айсбергів у океані, що призведе до проникнення морських видів у нові відкриті протоки. Великі ділянки суші на антарктичних островах можуть стати місцем зростання мохів і прибережної рослинності, що зробить Антарктиду більш зеленою, ніж її нинішня крижана біла поверхня.

Наші дані про минуле моря Амудсена і прогнози свідчать, що наземні зміни в Західній Антарктиді не будуть повільними, поступовими або непомітними для людини. Навпаки, те, що трапилося в минулому, ймовірно, повториться: швидкі геологічні зсуви, що відчуваються локально як апокаліптичні події — землетруси, виверження, зсуви і цунамі — з глобальними наслідками.