Musim panas ini, Alex Anesio akan menghabiskan masa tiga minggu dikelilingi oleh beribu-ribu lubang dalam helaian ais Artik. Dia dan pasukannya akan berkemah jauh dari tempat yang paling dekat, dikelilingi oleh landskap yang dipenuhi oleh celah-celah yang besar dan tidak stabil. Satu-satunya cara masuk atau keluar adalah dengan helikopter. Soundscape para ilmuwan akan dikurangkan ke kerumunan crampons melintasi ais, tergesa-gesa aliran glasier dan mengerang sesekali lembaran ais besar yang menyusun semula dirinya.
Kandungan Terkait
- Dikesahkan: Kedua-dua Antartika dan Greenland Adakah Kehilangan Ais
"Ia seperti berada di planet lain, " kata Anesio, seorang biogeokimia di University of Bristol di England yang telah bekerja di Artik selama 15 tahun. "Satu-satunya perkara yang anda lihat di sekeliling anda adalah ais."
Dia dan pasukannya akan menghabiskan berminggu-minggu pada patch ais Greenland yang terpencil ini untuk memantau lopak-lopak yang mungkin mempunyai kuasa untuk memanipulasi iklim Bumi.
Diameter lubang Cyroconite bervariasi dari saiz lebar pensil ke penutup sampah. (Joseph Cook) Keupayaan untuk menggeram dengan iklim planet kita tidak terpencil untuk lopak Arctic. Mikrobiologi di dalam kolam kecil ini, dan terletak di sedimen lumpur yang dibebankan batu di bawah helaian ais Antartik, dapat mengekalkan keupayaan untuk mengubah kitar karbon global secara serius, serta iklim. Dan penyelidik baru-baru ini mula menavigasi dunia-dunia kecil ini.
The loping yang studi Anesio dipanggil lubang cryoconite- "cryo" yang bermaksud ais dan "conite" yang bermaksud "habuk." Mereka berkembang apabila tumpukan puing-puing angin menetap di permukaan putih, mencerminkan glasier atau lembaran ais. Lebih gelap daripada salji dan ais, serpihan ini menyerap lebih banyak haba dari matahari daripada persekitarannya dan menyebabkan ais di bawahnya melebur ke lubang silinder sehingga kira-kira satu kaki jauh.
Para saintis pernah menganggap bahawa lubang-lubang ini tidak mempunyai kehidupan. Tetapi penyelidik kini mendapati bahawa mereka sebenarnya mengandungi ekosistem kompleks mikroba seperti bakteria, alga dan virus.
Berjuta-juta lubang ini, biasanya dari lebar pensil hingga lebar penutup sampah, lembaran ais poket dalam corak keju Swiss di seluruh dunia. Pasukan Anesio menganggarkan bahawa, di seluruh dunia, kawasan permukaan lubang ini menambah sehingga kira-kira 9, 000 batu persegi. Itu sedikit lebih kecil daripada keadaan New Hampshire.
Oleh kerana ekosistem yang gelap dan gelap ini melebarkan seluruh ais, mereka boleh menyebabkan apa yang akan menjadi permukaan reflektif, menyejukkan untuk menyerap semakin banyak haba dari matahari. Ini berpotensi mempercepatkan pelebaran lembaran ais Greenland, pasukan melaporkan pada bulan Mac dalam jurnal Journal of Geochemical Perspective .
Tetapi pasukan Anesio juga mendapati bahawa organisma di dalam lubang ini boleh mempunyai kesan penyejukan di planet ini dengan secara aktif menghisap karbon dioksida keluar dari atmosfera melalui fotosintesis. Sebenarnya, apabila mikroorganisma mengambil cukup gas rumah hijau dari atmosfera, lubang-lubang itu bertindak seperti sinki karbon.
Sama ada lubang-lubang ini membantu untuk menyejukkan atau menghangatkan planet ini masih harus dilihat. Tetapi sebagai iklim yang hangat mencipta lebih banyak lubang, keseimbangannya seolah-olah menjadi tipis terhadap pemanasan bersih daripada kesan penyejukan di atmosfera.
Anesio dan pasukannya akan mengerjakan musim panas ini untuk memantau sifat-sifat kimia dan fizikal lubang-lubang ini dengan terperinci yang menyedihkan untuk lebih memahami bagaimana mereka boleh mempengaruhi perilaku glasier dan iklim peralihan bumi.
Apabila habuk yang cukup terkumpul di atas lembaran ais, lubang cryoconite bergabung dan berubah menjadi tasik, seperti yang ada di Greenland. (Joseph Cook) Idea bahawa mikroorganisma boleh hidup di glasier dan lembaran ais-apalagi berkembang dengan skala yang signifikan di dunia-masih relatif baru untuk sains. Sehingga lewat tahun 1990-an, penyelidik secara amnya menilai ais di kedua-dua kutub untuk menjadi lebih kurang steril persekitaran.
"Apabila anda melihat glasier atau lembaran ais, anda tidak melihat apa-apa yang mungkin memberi petunjuk kepada anda sama ada ada nyawa di sana, " kata Jemma Wadham, rakan sekerja Anesio di University of Bristol. Ahli biologi tidak benar-benar mengkaji persekitaran glasial sehingga akhir 1990-an apabila bukti pertama kehidupan mikrob muncul.
Kekurangan minat sebelumnya bukan kerana had teknologi, kata Wadham. Segala-galanya akan diambil untuk mencari kehidupan akan mengumpul air tawar dari depan glasier dan mencari tanda-tanda mikroorganisme aktif. "Tiada siapa yang melakukannya, " kata Wadham. "Yang terdengar agak gila, tetapi saya rasa itulah bagaimana keadaan berubah kadang-kadang."
Sejak tahun 90-an, terdapat penyelidikan penyelidikan mikrob yang hidup di permukaan atau di bawah glasier dan lembaran ais. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, para penyelidik telah mendapati bahawa mikrob ini jauh dari tidak aktif. Malah, pasukan Anesio melaporkan dalam kajian tahun 2009 bahawa mikroba dalam sesetengah lubang cryoconite adalah secara biologi aktif seperti yang terdapat dalam tanah yang lebih panas sejauh selatan sebagai Mediterranean.
"Itu benar-benar mengejutkan kerana suhu rendah dan keadaan nutrien yang rendah [persekitaran], " kata Joseph Cook, penyelidik lubang cryoconite di University of Sheffield, yang tidak terlibat dalam kajian itu.
Sepanjang setahun, aktiviti ini secara kumulatif dapat disedut sebanyak 63, 000 tan karbon dioksida, kumpulan Anesio yang dilaporkan dalam kertas 2009. Itu setanding dengan pelepasan daripada kira-kira 13, 500 kereta dalam satu tahun, katanya.
"[Kajian Anesio] adalah percubaan pertama untuk mengukur jumlah karbon yang masuk dan keluar dari sistem ini, yang merupakan langkah besar dan sangat penting, " kata Cook.
Alex Anesio dan pasukannya tidur di dalam khemah di atas ais semasa kajian lapangan mereka. Beberapa ais di bawah khemah cair, tetapi khemah itu kemudian bertindak sebagai penebat dan mengekalkan sebahagian besar pangkalan beku, kata Anesio. (Chris Bellas) Penemuan Anesio tidak semestinya apa yang anda harapkan dari badan air tawar. Kebanyakan kolam dan tasik secara umumnya melepaskan lebih banyak karbon dioksida ke atmosfera melalui penguraian bahan organik daripada mereka menyerap melalui fotosintesis.
Ini kerana kebanyakan kolam dan tasik duduk di hutan dan menerima aliran tetap haiwan dan tumbuhan dari hutan tersebut melalui air bawah tanah. Akibatnya, kolam dan tasik sering mengandungi banyak bahan decomposable, dan penguraian sering berlaku lebih lazim daripada fotosintesis, Anesio menjelaskan.
Lubang-lubang Cryoconite, sebaliknya, terisolasi dari hutan-kadang-kadang oleh puluhan ratus batu-dan menerima sebahagian besar bahan organik mereka melalui sisa-sisa serpihan udara. Tidak ada banyak bahan yang boleh dipecah, jadi organisma fotosintesis cenderung menguasai, kata Anesio.
Ia tidak mengambil banyak masa untuk membalikkan senario itu. Jika sedimen di dalam lubang menjadi terlalu tebal, cahaya matahari tidak dapat sampai ke bawah. Ini membatasi fotosintesis dan kadar penguraian mula mengambil alih.
"Semua dinamik ini sangat bergantung pada pergerakan ais dan melegakan ais, " kata Anesio. Ini boleh berubah mengikut hari ke hari dan musim ke musim. "Kadangkala anda mempunyai banyak lebur dan anda mengagihkan semula granul di dalam lapisan yang lebih nipis, atau kadang-kadang mereka terkumpul di bahagian tertentu glasier."
Pasukan Anesio akan cuba menangani persoalan bagaimana lubang-lubang ini berubah dari masa ke masa dengan tidur bersebelahan dengan mereka dan memantau hari-hari aktiviti mereka pada musim panas ini.
Bunyi crampon dan air bergegas adalah satu-satunya bunyi yang anda dengar dalam persekitaran ini, kata Anesio. (Chris Bellas) Perjalanan ke seberang dunia dari tapak lapangan Anesio, dan anda akan menemui satu lagi ciri glasier yang boleh memainkan peranan penting dalam iklim Bumi: tasik besar, dikebumikan di bawah sejauh 2.5 batu ais Antartika.
Tasik-tasik yang tersembunyi ini, yang setanding dengan saiznya ke Tasik-tasik Besar Amerika Utara, telah menarik perhatian penyelidik seperti Anesio dan Wadham dalam beberapa tahun kebelakangan ini kerana beberapa sebab. Untuk satu, tasik ini mengandungi air yang telah terperangkap selama berjuta-juta tahun, yang memelihara kehidupan ekstrim yang tidak pernah terdedah kepada pengaruh manusia.
Danau juga boleh menyimpan jumlah besar gas metana rumah hijau yang kuat, beku dalam bentuk yang dipanggil metana hidrat. Jika lembaran ais Antartika runtuh, ia akan mendedahkan hidrat ini, membanjiri mereka dengan air laut apabila lautan dibasuh di bahagian benua. Hidrat yang tidak stabil akan berubah menjadi gelembung gas metana dan memanaskan suasana, Wadham dan rekannya melaporkan dalam sebuah kajian yang diterbitkan di Alam pada tahun 2012.
Dengan menggunakan radar udara dan pengimejan satelit, para penyelidik telah menempatkan lebih daripada 400 daripada tasik-tasik yang dipanggil ini di bawah helai ais Antartik sejak 50 tahun yang lalu. Tetapi tidak sehingga tahun 2013, satu pasukan penyelidik antarabangsa yang giat, berjaya mengebor lubang bor melalui hampir setengah batu ais ke permukaan salah satu tasik ini untuk kali pertama.
Mereka berjaya menggerudi lagi pada 2015 di lokasi yang berhampiran, sampai ke zon pembumian lembaran ais untuk kali pertama. Zon landasan adalah kawasan di mana lembaran ais kehilangan hubungan dengan tanah dan mengapung ke laut.
Sampel sedimen dan sampel penyelidik air yang dikumpulkan dari zon tanah akan memberikan pasukan dengan wawasan baru ke dalam kestabilan Lembaran Es Antartika Barat dan potensi untuk meningkatkan paras laut global jika ia runtuh. Pasukan ini juga akan mengukur aktiviti mikrob di sedimen ini untuk lebih memahami peranan mikroba yang terkubur dalam kitaran karbon global.
Slawek Tulaczyk, seorang penyelidik di University of California, Santa Cruz yang merupakan salah seorang saintis utama dalam pencapaian kejayaan ini, menggambarkan ketegangan menunggu peralatan mereka tiba di tapak penggerudian mereka pada tahun 2013, selepas lebih daripada lima tahun merancang dengan kira-kira 50 kolaborator antarabangsa.
Para penyelidik menyusun peralatan mereka-secara kumulatif dengan berat kira-kira 300, 000 pound-untuk bergerak dalam 12 kontena perkapalan di 800 batu lembaran ais untuk sampai ke Tasik Whillans di Antartika barat daya. Mutiara daripada tasik subgalas lain, Whillans menyediakan penyelidik dengan peluang yang baik untuk berjaya kerana aksesnya relatif berbanding dengan tasik lain yang terkubur di bawah batu ais.
Ia mengambil pemandu trak dua minggu untuk mengangkut peralatan-sebahagiannya sangat halus-ke tapak penggerudian. Semua yang boleh dilakukan oleh para saintis ialah menunggu di Stesen Penyelidikan McMurdo dan dengarlah apabila para pengusaha trak memanggil laporan mereka.
"Kami mendengar beberapa cerita seram, " kata Tulaczyk, menjelaskan bahawa pemandu memanggil untuk melaporkan barangan pecah dan meminta bekalan kimpalan tambahan. Untungnya, kebanyakan kerosakan itu terisolasi ke kontena perkapalan dan bukan kandungannya.
"Ketika kami terbang masuk, apa yang ada di dalam bekas selamat cukup baik untuk kami gunakan, tetapi kontainer itu sendiri cukup memukul dan kelihatan seperti mereka melewati banyak, " kata Tulaczyk.
Tulaczyk dan rakan-rakannya menyusun sesuatu yang dipanggil air panas untuk mengakses Lake Whillans. Sepanjang 24 jam, para penyelidik membosankan lubang kira-kira satu kaki diameter dengan mengepam air panas secara paksa ke bawah dan beredarnya sehingga, ketika ia semakin mendalam, lubang itu tidak membeku sendiri.
Sebaik sahaja mereka berjaya mencapai permukaan tasik, penyelidik menghantar probe ke lubang untuk mengumpul data dan sampel. Tetapi mereka terpaksa melakukannya dengan teliti dan bersih. Jika mereka mencemarkan peralatan mereka, mereka menghadapi risiko mengumpul mikroba moden yang akan mengelirukan penemuan mereka dan mengamalkan habitat yang tidak jelas.
Untuk keseronokan dan kelegaan mereka, pasukan itu mendapati bukti mikrob yang hidup di dalam air, kata Tulaczyk. Ada saat-saat di sepanjang jalan bahawa pasukan itu bimbang mereka telah tersumbat melalui tahun-tahun perancangan dan membelanjakan berjuta-juta dolar dalam usaha mencapai kebuntuan yang tidak bermaya.
Penemuan mereka membantu menyokong idea bahawa jumlah besar hidrat metana yang berasal dari mikrobiologi boleh duduk di bawah helaian ais Antartika. Mikroba boleh menghasilkan metana ini dengan menghancurkan hutan purba dan bahan organik lain di bawah ais, Wadham, Anesio, Tulaczyk dan rakan-rakan yang dicadangkan dalam laporan Nature 2012 mereka.
Penyelidik yang mempelajari lubang cryoconite kadang-kadang perlu memakai pakaian bersih untuk mengelakkan pencemaran sampel mikrobanya. (Alex Anesio) Menggunakan anggaran berdasarkan pengukuran dari sedimen yang dikumpulkan di bawah lembaran ais Greenland-analog yang serupa tetapi lebih nipis ke helaian Antartik-pasukannya menganggarkan bahawa terdapat sebanyak 3.9 juta ton empayar metana yang tersembunyi di bawah ais Antartika.
Memandangkan potensi metana sebagai gas rumah hijau, ini boleh menjadi masalah bagi atmosfer bumi sekiranya sebahagian besar lembaran ais meleleh. Dan, menurut anggaran oleh penyelidik di University of Massachusetts, Amherst dan Pennsylvania State University, ini boleh terjadi menjelang akhir abad ini.
Martin Siegert, seorang glaciologist di Imperial College London, adalah sebahagian daripada pasukan yang menyifatkan tasik subglacial buat kali pertama pada tahun 1996. Dia mengatakan bahawa anggaran berapa banyak metana yang duduk di bawah ais Antartika secara teori adalah munasabah.
Walau bagaimanapun, para penyelidik perlu mengukur aktiviti mikrob di sedimen basah di bawah helaian ais untuk menegaskan hipotesis mereka, kata Siegert. "Ia agak mudah, jenis sains yang perlu anda lakukan, kesukaran turun ke sana dan penggerudian air panas."
Sekalipun perkiraan lembaran ais runtuh menjelang akhir abad itu benar, namun, kemungkinan besar akan lebih lama dari itu untuk efek hidrat metana menjadi terdeteksi di atmosfer, kata Alexey Portnov, seorang penyelidik di Kutub Utara Universiti Tromsø di Norway. Portnov mengkaji sisa-sisa hidrat metana yang terdedah pada akhir zaman ais terakhir di Arktik, serta hidrat metana yang kini cair dari permafrost Artik hari ini. Dia mengatakan bahawa walaupun hidrat metana berada di bawah Lembaran Ais Antartik, dan mereka menjadi stabil dan mula meletupkan metana melalui air laut ke permukaan, akan mengambil masa beratus-ratus tahun untuk rizab metana ini mempunyai kesan yang dapat dikesan pada iklim global.
"Penutup ais berlaku lebih cepat dan lebih cepat dalam beberapa tahun kebelakangan ini, " kata Portnov. "Tetapi, untuk mendapatkan jumlah metana daripada gas yang hidrat entah bagaimana mengubah iklim, ia akan mengambil sedikit masa."
Sementara itu, hidrat hidrat yang dicairkan dari permafrost dan di sepanjang rabung laut cetek sudah melepaskan gas rumah hijau ini ke atmosfera pada kadar yang signifikan, kata Portnov. Lembaran ais adalah salah satu daripada banyak kedai metana beku yang dicairkan.
Langkah seterusnya untuk kerja hidrat metana subglasa akan menjamin lebih banyak pembiayaan untuk memulakan ekspedisi penggerudian yang lain ke tasik yang lebih dalam. Upaya sebelumnya - seperti upaya berjuta-juta dolar untuk menggerudi ke Lake Ellsworth pada tahun 2012 - telah gagal. Oleh itu, sebelum cuba mengakses tasik yang lebih mendalam dengan peralatan sedia ada, para penyelidik dan jurutera mesti bekerjasama untuk membangunkan teknik-teknik baru untuk projek-projek yang lebih dalam.
"Kami hanya perlu pergi ke sana dan dapatkan sampel, " kata Wadham. "Itu satu daripada cabaran dalam dua dekad yang akan datang."
Keluasan luas cryoconite - atau debu ais - meliputi Green Ice Ice Sheet dan glasier lain di seluruh dunia, menggelapkan permukaan mereka dan menyebabkan mereka menyerap panas dari matahari. (Joseph Cook) Walaupun glasier dan lembaran ais secara fizikal dapat memasuki kedai besar hidrat metana dikebumikan atau menarik karbon dioksida keluar dari atmosfera melalui berjuta-juta lubang kecil, kesannya jauh lebih jauh daripada jejak fizikal mereka.
Sebagai contoh, apabila lubang cryoconite meleleh cukup dalam untuk mengalirkan bahagian bawah glasier, kandungannya akhirnya dapat mencapai lautan, membuang nutrien ke dalam ekosistem laut. Ini boleh menyebabkan tumbuhan alga berskala besar yang dapat menarik karbon dioksida keluar dari atmosfera dalam perkadaran dengan ketara lebih besar daripada apa sahaja mikroba dalam lubang itu boleh diturunkan, kata Anesio.
"Itu akan memberi impak global yang lebih kuat kerana penetapan karbon di lautan mempunyai kesan besar terhadap kitaran karbon global, " katanya.
Walaupun gambaran lengkap tentang bagaimana mikroba glasier mempengaruhi iklim Bumi adalah bertahun-tahun lamanya, penyelidik Anesio dan penyelidik pasukannya terus menerus. Berurusan dengan isu-isu teknologi dan persekitaran yang keras sering kali bermakna kejayaan mereka menjadi sesuai dan dimulakan. Tetapi itu adalah cabaran, baik intelektual dan fizikal, yang menarik saintis ke landskap beku ini.
"Ia begitu indah untuk berada di sana, ia menakjubkan, " kata Anesio. "Dimensi dan skala benda begitu besar, sungai-sungai dan air dan bentuk ais. Saya sangat berharap untuk pergi ke sana. "
Masak, di University of Sheffield, bersetuju. Dia mendapati bidang lubang cryoconite sejauh mata dapat dilihat sebagai imej yang sangat menarik.
"Melihat ke dalam lubang cryoconite adalah pelik cantik, " kata Cook. "Ia sangat tenang dan ia luar biasa untuk melihat sesuatu yang begitu mudah di wajahnya bahawa ia memungkiri kerumitan yang luar biasa dari apa yang sedang berlaku. Ini jenis hipnosis. "
Borehole di Tasik Whillans, yang memerlukan koordinasi antara kira-kira 50 kolaborator dari seluruh dunia. (JT Thomas)
