I sommer tilbringer Alex Anesio tre uger omgivet af tusinder af huller i en arktisk isplade. Han og hans team vil campere miles fra den nærmeste bosættelse, omgivet af et landskab revet fra hinanden med enorme, ustabile sprekker. Den eneste vej ind eller ud er med helikopter. Forskernes lydbillede vil blive reduceret til knusning af stegjern over isen, hastigheden af gletscher og den lejlighedsvis stønn af en massiv isplade, der omlægger sig selv.
Relateret indhold
- Bekræftet: Både Antarktis og Grønland mister is
”Det er som at være på en anden planet, ” siger Anesio, en biogeokemiker ved University of Bristol i England, der har arbejdet i Arktis i cirka 15 år. "Det eneste, du ser omkring dig, er is."
Han og hans team vil tilbringe uger på denne isolerede plet af den grønlandske isplade for at overvåge pytter, der kan have magten til at manipulere Jordens klima.
Cyroconite huldiametre varierer i størrelse fra omkring bredden af en blyant til den for en skraldespandslåg. (Joseph Cook) Evnen til at tænke sig sammen med vores klodens klima er ikke isoleret til arktiske vandpytter. Mikrober i disse små puljer og beliggende i søen med sedimenterede jord nedgravet miles under den antarktiske isplade kunne indeholde evnen til alvorligt at ændre den globale kulstofcyklus såvel som klimaet. Og forskere er først for nylig begyndt at navigere i disse mindre verdener.
De pytter, som Anesio studerer, kaldes kryokonithuller - "kryo", der betyder is og "conite", der betyder "støv." De udvikler sig, når bunker med vindblæst affald sætter sig på den hvide, reflekterende overflade på en gletsjer eller isplade. Mørkere end sne og is optager dette snavs mere varme fra solen end dets omgivelser og får isen under til at smelte ind i cylindriske huller op til omkring en fod dyb.
Forskere troede engang, at disse huller var blottet for liv. Men forskere finder nu ud af, at de faktisk indeholder komplekse økosystemer af mikrober som bakterier, alger og vira.
Millioner af disse huller, som generelt spænder fra bredden på en blyant til bredden af en skraldespand låg, pockmark isark i et schweizisk ostlignende mønster rundt om i verden. Anesios team har estimeret, at overfladen af disse huller globalt udgør omkring 9.000 kvadrat miles. Det er lidt mindre end staten New Hampshire.
Når disse mørke, uhyggelige økosystemer udvides over isen, kan de forårsage, hvad der ellers ville være en reflekterende, afkølende overflade til at absorbere stadig mere varme fra solen. Dette kan potentielt fremskynde smeltningen af den grønlandske isplade, rapporterede holdet i marts i tidsskriftet Geochemical Perspective Letters .
Men Anesios team har også fundet, at organismer i disse huller kan have en afkølende virkning på planeten ved aktivt at suge kuldioxid ud af atmosfæren gennem fotosyntesen. Når mikroorganismerne tager nok af denne drivhusgas ud af atmosfæren, opfører hullerne sig som kulstofdræn.
Hvorvidt disse huller er med til at køle eller opvarme planeten, gjenstår at se. Men når et varmere klima skaber flere huller, ser balancen ud til at vippe mod en nettoopvarmning snarere end afkølende effekt på atmosfæren.
Anesio og hans team vil arbejde i sommer for at overvåge de kemiske og fysiske egenskaber ved disse huller i uærlige detaljer for bedre at forstå, hvordan de kan påvirke gletsforhold og Jordens skiftende klima.
Når der samles nok støv på en isplade, smelter kryokonithullerne sammen og bliver til søer som denne i Grønland. (Joseph Cook) Ideen om, at mikroorganismer kan leve på gletschere og isplader - let at trives i globalt betydningsfulde skalaer - er stadig relativt ny inden for videnskaben. Indtil slutningen af 1990'erne anså forskere generelt is ved begge poler for at være mere eller mindre sterile miljøer.
”Når man ser på en gletsjer eller en isplade, ser man ikke noget, der kan give dig ledetråde til, om der er liv der, ” siger Jemma Wadham, en kollega for Anesio's ved University of Bristol. Biologer havde ikke rigtig undersøgt ismiljøer før i slutningen af 1990'erne, da det første bevis på mikrobielt liv dukkede op.
Den tidligere manglende interesse var ikke på grund af teknologiske grænser, forklarer Wadham. Alt, hvad det ville have taget for at finde liv, ville have været at samle smeltevand foran en gletsjer og kigge efter tegn på aktive mikroorganismer. ”Ingen havde gjort det, ” siger Wadham. ”Hvilket lyder lidt vanvittigt, men det er sådan, tingene udvikler sig nogle gange.”
Siden 90'erne har der været en stigning i forskning, der undersøger mikrober, der lever på overfladen af eller under gletsjere og isplader. I de senere år har forskere fundet, at disse mikrober langt fra er sovende. Faktisk rapporterede Anesios team i en undersøgelse fra 2009, at mikrober i nogle kryokonithuller er lige så biologisk aktive som dem, der findes i varmere jordbund så langt syd som Middelhavet.
”Det var virkelig overraskende i betragtning af de lave temperaturer og de lave næringsforhold [i miljøet], ” siger Joseph Cook, en kryokonithulleforsker ved University of Sheffield, som ikke var involveret i denne undersøgelse.
I løbet af et år kunne denne aktivitet kumulativt suge op så meget som anslået 63.000 imperialt ton kuldioxid, rapporterede Anesios team i 2009-papiret. Det kan sammenlignes med emissionerne fra ca. 13.500 biler i et givet år, siger han.
"[Anesios undersøgelse] var virkelig det første forsøg på at kvantificere mængden af kulstof, der gik ind og ud af disse systemer, hvilket var et enormt skridt og meget vigtigt, ” siger Cook.
Alex Anesio og hans team sover i telte på isen under deres feltstudier. Noget af isen under teltet smelter, men teltet opfører sig derefter som en isolator og holder det meste af basen frossent, siger Anesio. (Chris Bellas) Anesios fund var ikke nødvendigvis, hvad du ville forvente af en krop af ferskvand. De fleste damme og søer frigiver generelt mere kuldioxid i atmosfæren gennem nedbrydning af organisk materiale, end de absorberer gennem fotosyntesen.
Dette skyldes, at de fleste damme og søer sidder i skove og får en jævn strøm af dyre- og planterester fra disse skove gennem grundvand. Som et resultat indeholder damme og søer ofte meget nedbrydeligt materiale, og nedbrydning forekommer ofte mere udbredt end fotosyntesen gør, forklarer Anesio.
På den anden side er kryokonithuller isoleret fra skove - nogle gange titusinder af hundreder af miles - og modtager størstedelen af deres organiske materiale gennem fläck af luftbårne snavs. Der er ikke så meget materiale at nedbryde, så fotosyntetiserende organismer har en tendens til at dominere, siger Anesio.
Det kræver dog ikke meget at vende det scenarie. Hvis sedimentet i hullerne bliver for tykt, kan sollys ikke nå bunden. Dette begrænser fotosyntesen, og nedbrydningshastigheden begynder at overtage.
”Al denne dynamik er meget afhængig af isens bevægelse og isens lettelse, ” siger Anesio. Dette kan ændre sig fra dag til dag og sæson til sæson. "Nogle gange har du meget smeltning, og du distribuerer granulatet rundt i tyndere lag, eller nogle gange samler de sig i visse dele af gletsjeren."
Anesios team vil prøve at tackle spørgsmålet om, hvordan disse huller ændrer sig over tid ved at sove ved siden af dem og overvåge deres aktivitet dag ind og dag ud i sommer.
Lyde fra stegjern og farende vand er blandt de eneste lyde, du vil høre i dette miljø, siger Anesio. (Chris Bellas) Rejser til den modsatte ende af verden fra Anesios feltplads, og du finder et andet træk ved gletsjere, der kan spille en vigtig rolle i Jordens klima: massive søer, begravet under op til 2, 5 mil Antarktisk is.
Disse skjulte søer, nogle sammenlignelige i størrelse med Nordamerikas store søer, har fanget opmærksomheden fra forskere som Anesio og Wadham i de senere år af flere årsager. For det første indeholder disse søer vand, der er blevet fanget i millioner af år og har ekstrem liv, der aldrig er blevet udsat for menneskelige påvirkninger.
Søerne opbevarer muligvis også store mængder af den potente drivhusgas-metan, frosset i en form kaldet methanhydrater. Hvis Antarktis isplader kollapser, ville de udsætte disse hydrater og oversvømme dem med havvand, når havet vaskes over dele af kontinentet. De destabiliserede hydrater ville blive til metangasbobler og varme atmosfæren, rapporterede Wadham og kolleger i en undersøgelse offentliggjort i Nature i 2012.
Ved hjælp af luftbåren radar- og satellitafbildning har forskere lokaliseret mere end 400 af disse såkaldte subglacial søer under den antarktiske isplade i de sidste 50 år. Men det var først i 2013, at et ambitiøst, internationalt team af forskere med succes borede et borehul gennem næsten en halv mil is til overfladen af en af disse søer for første gang.
De borede med succes igen i 2015 på et nærliggende sted og nåede jorden til en isplads for første gang nogensinde. Jordforbindelse er et område, hvor en isplade mister kontakten med land og flyder i havet.
Forskere fra sediment- og vandprøver, der er indsamlet fra forankringszonen, vil give teamet ny indsigt i stabiliteten af det vestantarktiske isark og dets potentiale til at øge det globale havniveau, hvis det kollapser. Holdet vil også måle den mikrobielle aktivitet i disse sedimenter for bedre at forstå, hvilken rolle disse nedgravede mikrober spiller i den globale kulstofcyklus.
Slawek Tulaczyk, en forsker ved University of California, Santa Cruz, som var en af de førende videnskabsmænd i disse milepælpræstationer, beskriver spændingerne ved at vente på, at deres udstyr ankom til deres borested i 2013, efter mere end fem års planlægning med cirka 50 internationale samarbejdspartnere.
Forskerne sørgede for deres udstyr - samlet med en vægt på omkring 300.000 pund - til at rejse inden for 12 skibcontainere over 800 mil isark for at nå det subglacial Lake Whillans i det sydvestlige Antarktis. Langsomere end andre subglacial søer gav Whillans forskerne en anstændig chance for succes på grund af dens relative tilgængelighed sammenlignet med andre søer begravet under mil med is.
Det tog to chauffører to uger at trække udstyret - nogle af det ekstremt delikat - til borestedet. Alt forskerne kunne gøre var at vente tilbage på McMurdo Research Station og lytte, da lastbiloperatørerne kaldte ind med deres rapporter.
”Vi hørte nogle rædselshistorier, ” siger Tulaczyk og forklarer, at chaufførerne kaldte ind for at rapportere ødelagte genstande og anmodede om ekstra svejseforsyning. Heldigvis blev størstedelen af skaden isoleret på forsendelsescontainerne og ikke deres indhold.
”Da vi fløj ind overlevede det, der var inde i containerne, godt nok til, at vi kunne bruge det, men containerne i sig selv var temmelig banket ud og så ud som om de gik gennem en masse, ” siger Tulaczyk.
Tulaczyk og kolleger rigede op noget, der kaldes en varmt vandbor for at få adgang til Lake Whillans. I løbet af 24 timer kede forskerne et hul omkring en fod i diameter ved at pumpe varmt vand kraftigt nedad og cirkulere det, så hullet ikke frysede ind i sig selv, når det blev dybere.
Når de med succes nåede overfladen af søen, sendte forskerne sonder ned i hullet for at indsamle data og prøver. Men de måtte gøre det omhyggeligt og rent. Hvis de kontaminerede noget af deres udstyr, risikerede de at indsamle moderne mikrober, der ville forvirre deres fund og skabe et ellers uberørt levestedsområde.
Til deres begejstring og lettelse fandt holdet bevis for, at mikrober lever i vandet, siger Tulaczyk. Der havde været øjeblikke undervejs, hvor holdet bekymrede sig for, at de havde sluppet gennem mange års planlægning og brugt millioner af dollars i et forsøg på at nå et livløst tomrum.
Deres fund hjælper med at understøtte ideen om, at store mængder mikrobielt afledte methanhydrater kunne sidde under den antarktiske isplade. Mikroberne kunne producere denne metan ved at nedbryde antikke skove og andet organisk materiale under isen, foreslog Wadham, Anesio, Tulaczyk og kolleger i deres naturrapport fra 2012.
Forskere, der studerer kryokonithuller, skal undertiden bære rene dragter for at forhindre, at deres mikrobielle prøver kontamineres. (Alex Anesio) Ved hjælp af estimater baseret på målinger fra sedimenter indsamlet under den grønlandske isplade - en sammenlignelig, men meget tyndere analog til den antarktiske isplade - beregnet holdet, at der kunne være så meget som 3, 9 millioner kejserlige ton metan skjult under den antarktiske is.
I betragtning af styrken af metan som drivhusgas, kan dette være et problem for Jordens atmosfære, hvis en stor del af ispladen smelter væk. Og ifølge estimater fra forskere ved University of Massachusetts, Amherst og Pennsylvania State University kunne dette ske ved slutningen af århundrede.
Martin Siegert, en glaciolog ved Imperial College London, var en del af holdet, der beskrev en subglacial sø for første gang i 1996. Han siger, at skøn over, hvor meget metan, der sidder under den antarktiske is, teoretisk er plausibel.
Imidlertid er forskerne nødt til at måle den mikrobielle aktivitet i våde sedimenter under ispladerne for at styrke deres hypotese, siger Siegert. "Det er temmelig enkelt, den type videnskab, du har brug for, vanskeligheden ved at komme dernede og det varme vandboring."
Selv hvis estimaterne af isisen, der kollapsede ved slutningen af århundredet, var korrekte, ville det dog sandsynligvis tage meget længere tid, end det har været muligt at påvise virkningen af methanhydrater i atmosfæren, siger Alexey Portnov, forsker på Arktis Universitetet i Tromsø i Norge. Portnov studerer resterne af methanhydrater, der blev udsat i slutningen af den sidste istid i Arktis, såvel som methanhydrater, der i øjeblikket er optøet ud af den arktiske permafrost. Han siger, at selv hvis methanhydrater hviler under det antarktiske isark, og de blev destabiliserede og begyndte at boble metan op gennem havvandet til overfladen, ville det tage hundreder af år, før disse metanreserver havde en påviselig indvirkning på det globale klima.
”Ishætter falder hurtigere og hurtigere sammen i de senere år, ” siger Portnov. ”Men alligevel vil det tage ret lang tid at få mængden af methan fra disse gashydrater for på en eller anden måde at ændre klimaet.”
I mellemtiden frigiver methan hydrater, der tøer fra permafrost og langs lavvandede bjergrygge, allerede denne drivhusgas i atmosfæren til betydelige priser, siger Portnov. Isark er kun en af mange frosne metanforretninger, der tiner ud.
Det næste trin i det subglaciale metanhydratarbejde vil være at sikre mere finansiering til at gå i gang med en anden boreekspedition til en dybere sø. Tidligere indsats - som f.eks. Multimillion-dollar-indsatsen for at bore i Lake Ellsworth i 2012 - er mislykkedes. Så før man prøver at få adgang til dybere søer med eksisterende udstyr, skal forskere og ingeniører samarbejde om at udvikle nye teknikker til dybere projekter.
”Vi er bare nødt til at komme dertil og hente prøverne, ” siger Wadham. ”Det er en af udfordringerne i de næste to årtier.”
Store udvidelser af kryokonit - eller isstøv - dækker det grønlandske isark og andre gletsjere i hele verden, hvilket mørker deres overflader og får dem til at absorbere varme fra solen. (Joseph Cook) Mens gletsjere og isark fysisk kan plugge store lagre med nedgravede metanhydrater eller trække kuldioxid ud af atmosfæren gennem millioner af små huller, når deres påvirkninger meget længere end deres fysiske fodaftryk.
For eksempel når kryokonithuller smelter dybt nok til at dræne ud af bunden af en gletsjer, kan deres indhold til sidst nå havet og skylle næringsstoffer ind i det marine økosystem. Dette kan forårsage algeopblomstring i stor skala, der kan trække kuldioxid ud af atmosfæren i forhold, der er væsentligt større end hvad mikroberne i disse huller kunne trække ned, siger Anesio.
”Det ville have en meget stærkere global påvirkning, fordi kulfiksering i havet har en enorm indflydelse på den globale kulstofcyklus, ” siger han.
Selvom et komplet billede af, hvordan gletsjermikrober påvirker Jordens klima, er mange år væk, skubber Anesio og hans kolleger med polære forskere videre. At håndtere teknologiske problemer og barske miljøer betyder ofte, at deres gennembrud kommer i pas og starter. Men det er udfordringerne, både intellektuelle og fysiske, der trækker forskerne til disse frosne landskaber.
”Det er bare så smukt at være der, det er fantastisk, ” siger Anesio. ”Dimensionerne og omfanget af tingene er så store, floderne og vandet og formen på isen. Jeg ser virkelig frem til at gå dertil. ”
Cook er på University of Sheffield enig. Han finder felter med kryokonithuller så langt øjet kan se at være et ret slående billede.
”At kigge ind i kryokonithullerne er underligt smukt, ” siger Cook. ”Det er meget roligt, og det er utroligt at se noget, der er så simpelt overfor det, at det slags lider af den utrolige kompleksitet, hvad der foregår. Det er slags hypnotisk. ”
Borehullet ved Lake Whillans, som krævede koordinering mellem omkring 50 samarbejdspartnere fra hele verden. (JT Thomas)
