Klimatyczne archiwum liczące miliony lat. Najstarsze rdzenie lodowe świata

Na wschodniej wyżynie Antarktydy trwa nowy międzynarodowy wyścig - nie o zdobycie bieguna, lecz o najstarszy zachowany fragment atmosfery Ziemi. Rdzenie lodowe, wywiercone w grubych na kilka kilometrów pokładach lodu, pozwalają odczytać skład atmosfery z przeszłości i rekonstruować temperatury sprzed setek tysięcy lat.

Europejski projekt Beyond EPICA, po latach przygotowań, dotarł w styczniu 2025 roku do podłoża skalnego pod 2,8 km lodu w miejscu zwanym Little Dome C. Wydobyty lód może mieć nawet 1,2 miliona lat - to najstarszy nieprzerwany zapis klimatu Ziemi, jaki kiedykolwiek uzyskano.

Tymczasem zaledwie 50 km dalej australijski zespół rozpoczął własne wiercenia w punkcie nazwanym Dome C North. Nowe dane radarowe sugerują, że pod tym obszarem mogą znajdować się warstwy lodu liczące nawet 2 miliony lat. To właśnie ten lód może zawierać klucz do zagadki tzw. przejścia środkowego plejstocenu - momentu, gdy rytm epok lodowcowych uległ drastycznej zmianie.

Rdzenie lodowe to nic innego jak cylindry lodu, wydobywane z wnętrza pokrywy lodowej. Jak tłumaczy NASA, każda warstwa śniegu, która spadła na Antarktydę, zawiera w sobie informacje o temperaturze powietrza, zanieczyszczeniach, pyłkach roślin czy pyle wulkanicznym. Ale najcenniejsze są mikroskopijne pęcherzyki powietrza - prawdziwe kapsuły czasu zawierające próbki atmosfery sprzed setek tysięcy lat.

Z rdzeni można odczytać m.in. stężenie dwutlenku węgla (CO₂), metanu (CH₄) i podtlenku azotu (N₂O), czyli głównych gazów cieplarnianych. Analizy pokazują, że dzisiejszy poziom CO₂ w atmosferze jest o 50% wyższy niż przed epoką przemysłową - a tempo wzrostu jest bezprecedensowe w skali ostatnich 800 000 lat.

Te dane nie tylko dokumentują historię klimatu, ale są niezbędne do testowania modeli klimatycznych, które prognozują, co stanie się z Ziemią w kolejnych dekadach.

Określenie wieku lodu to precyzyjne i żmudne zadanie. Naukowcy analizują proporcje izotopów tlenu i wodoru w cząsteczkach wody, co pozwala odtworzyć temperatury panujące w chwili opadu. Dodatkowo bada się przewodnictwo elektryczne, skład chemiczny i obecność cząstek aerozoli - np. popiołu wulkanicznego.

"Najpierw musimy ustalić skalę wiekową. Potem równolegle prowadzimy analizy izotopowe i gazowe" - mówi magazynowi New Scientist prof. Carlo Barbante z Uniwersytetu Ca' Foscari w Wenecji, członek zespołu Beyond EPICA. Lód transportowany statkiem do Włoch ma trafić do laboratorium jeszcze w kwietniu. Na miejscu będzie chłodzony i analizowany przez wiele miesięcy.

Z kolei australijski zespół, dowodzony przez dr. Joela Pedro z Australijskiego Programu Antarktycznego, już rozpoczął badania nad próbkami przywiezionymi do Hobart. Ich głównym celem jest dotarcie do dna lodowca w Dome C North - co może potrwać aż do 2029 roku.

Jednym z największych celów naukowych tych ekspedycji jest poznanie przyczyn tak zwanego przejścia środkowego plejstocenu. Około 1,2 mln lat temu Ziemia weszła w nowy rytm zmian klimatycznych: zamiast epok lodowcowych co 41 tysięcy lat zaczęły się one pojawiać co 100 tysięcy lat. Mechanizm tej transformacji pozostaje zagadką.

Badania rdzeni lodowych mogą rzucić światło na to, jak zmieniała się zawartość gazów cieplarnianych i temperatury w tym przejściowym okresie. To nie tylko kwestia historii - zrozumienie tych zmian pozwala prognozować, jak obecny wzrost stężenia CO₂ wpłynie na przyszłość klimatu.

"To największy projekt badawczy kiedykolwiek przeprowadzony w tak ekstremalnych warunkach. Złożonością przypomina misję kosmiczną" - mówi Barbante. Ale dodaje, że jeśli Australijczycy odnajdą lód sprzed 2 milionów lat, "będzie to powód do radości, bo to sukces dla nauki, nie narodów".

Po wydobyciu, rdzenie lodowe są katalogowane, dzielone na segmenty i przechowywane w chłodniach o temperaturze -36°C. Laboratoria takie jak amerykańskie National Ice Core Laboratory czy europejskie centra badawcze utrzymują je w warunkach pozwalających na długoterminową analizę nawet wiele lat po wydobyciu.

Jak podkreśla NASA, te archiwa działają jak biblioteki: badacze mogą zgłaszać zapotrzebowanie na konkretne rdzenie do swoich analiz. Każdy z nich to unikalne źródło danych o dawnych erupcjach wulkanicznych, pożarach, zmianach aktywności słonecznej czy erozji gleby.

Ważne jest jednak, by unikać kontaminacji i uszkodzeń - dlatego transport i przechowywanie wymagają zachowania ścisłych procedur. W przypadku rdzeni z Beyond EPICA sama podróż z Antarktydy do Włoch to operacja obarczona poważnym ryzykiem.

Rdzenie lodowe to nie tylko świadectwo przeszłości, ale narzędzie do przewidywania przyszłości. Jak tłumaczy Allegra LeGrande z NASA Goddard Institute for Space Studies, dane o temperaturach i składzie atmosfery z przeszłości są wykorzystywane do testowania modeli klimatycznych. Modele te pozwalają prognozować, jak zmiany emisji gazów cieplarnianych wpłyną na klimat Ziemi w nadchodzących dekadach.

W przeszłości Ziemia doświadczała zarówno powolnych zmian, jak i nagłych skoków temperatury. Rdzenie z Grenlandii dokumentują epizody, podczas których temperatura rosła nawet o 10°C w ciągu kilku dekad. Takie zjawiska - choć mało prawdopodobne dziś - pokazują, jak system klimatyczny może zareagować na gwałtowne zaburzenia.

Wnioski płynące z analiz rdzeni lodowych mają też konkretne przełożenie na politykę klimatyczną. Dane dotyczące poziomu CO₂, metanu i innych gazów cieplarnianych pomagają tworzyć scenariusze rozwoju sytuacji klimatycznej w raportach Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC). Na ich podstawie państwa mogą planować strategie redukcji emisji, projektować systemy wczesnego ostrzegania czy przygotowywać infrastrukturę odporną na skutki zmian klimatu - od fali upałów po podnoszenie się poziomu mórz.

Współczesne modele klimatyczne, takie jak Earth System Model (ESM), łączą dane atmosferyczne, oceaniczne i lądowe, by symulować możliwe reakcje planety na różne scenariusze emisji. Dzięki danym z rdzeni lodowych można je "skalibrować", porównując z warunkami, jakie panowały w przeszłości, gdy klimat zmieniał się naturalnie.