Spitsbergen – laboratorium globalnych zmian
Naukowcy zajmujący się badaniem lodowców jeszcze do niedawna stanowili środowisko nieliczne i hermetycznie zamknięte w kilku zaledwie ośrodkach na świecie. Obecnie dziedzina ta cieszy się ogromną popularnością, a grono badaczy śledzących zmiany zachodzące w kriosferze znacznie się powiększyło, czego najlepszym dowodem może być Polskie Konsorcjum Polarne.
W 2013 roku z inicjatywy prof. zw. dr. hab. Jacka Jani na Wydziale Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego powstało Centrum Studiów Polarnych Uniwersytetu Śląskiego (które współtworzą Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk i Instytut Oceanologii PAN), w 2014 roku Centrum otrzymało status Krajowego Naukowego Ośrodka Wiodącego. Efektem działania tej elitarnej jednostki naukowej są nie tylko liczne realizacje międzynarodowych projektów badawczych, ekspedycje polarne i wiele publikacji w renomowanych czasopismach branżowych, ale także znakomicie wykształcona, młoda kadra naukowa.
Arktyka, a w szczególności archipelag Svalbard i jego największa wyspa Spitsbergen, są miejscem na Ziemi niezwykle wrażliwym na zmiany środowiskowe i dlatego stanowią wzorcowy obszar dla procesów, które zachodzą globalnie. Dlaczego obserwowane na całym świecie zmiany klimatyczne właśnie tam są tak bardzo dynamiczne?
– Związane jest to ze specyfiką tego miejsca – wyjaśnia dr Mariusz Grabiec z Katedry Geomorfologii UŚ, ekspert w zakresie badania lodowców metodami radarowymi. – Lodowce są swoistym wskaźnikiem zmian klimatycznych. Na Spitsbergenie możemy obserwować, jak reaguje kriosfera, jak zachowują się lodowce oraz jak odpowiadają na zmiany klimatyczne. O wysokiej dynamice zachodzących zjawisk decyduje kompleks procesów zwanych wzmocnieniem arktycznym. Określając stan i to, co się dzieje w naszym małym laboratorium, czyli w południowej części Spitsbergenu, możemy wnioskować, jak będzie się zachowywała w przyszłości nasza planeta.
Dla dr. Grabca to nie egzotyka arktycznego krajobrazu, nie atrakcje śnieżnych podróży czy specyficzny (ostry i suchy) klimat, ale właśnie możliwość samodzielnego zbierania materiału i dokonywania pomiarów stały się magnesem przyciągającym glacjologa do kolejnych wypraw polarnych.
Jego badania zostały sfinansowane i przeprowadzone w ramach realizacji projektu Programu Polsko-Norweskiej Współpracy Badawczej „Arctic climate system study of ocean, sea ice and glaciers interactions in Svalbard area” — AWAKE-2” w latach 2013–2016, są one również pokłosiem wielu projektów badawczych (krajowych i międzynarodowych), w których uczestniczył dr Grabiec w latach 2007–2014.
Były to głównie wyprawy wiosenne, ponieważ jest to okres najbardziej wydajny pod względem pozyskiwania materiału do dalszej analizy, jest również znacznie przyjemniejszy, choćby z powodu większej mobilności dzięki skuterom śnieżnym. W lecie można jedynie przemieszczać się łodzią lub pieszo, co uniemożliwia np. dotarcie do miejsc położonych w oddalonych partiach lodowców.
W centrum uwagi autora publikacji pozostaje metoda radarowa, znana z powszechnego stosowania m.in. w archeologii, geofizyce poszukiwawczej, górnictwie, lotnictwie, a nawet w kryminalistyce. Za pomocą georadaru można zlokalizować szczeliny, pęknięcia, uskoki, umożliwia on także badania torfowisk, wód gruntowych, jest niezbędny przy budowie autostrad, lotnisk itp.
– Mało kto wie, że wykorzystanie fal elektromagnetycznych w celach badawczych wymyślono po to, aby eksplorować lodowce. Pierwszy aparat, który moglibyśmy nazwać radarem, powstał pod koniec lat 20. ubiegłego wieku i został wykorzystany do badania lodowców w Alpach. Fal radarowych używali również piloci samolotów wojskowych, które operowały w latach 50. XX wieku nad kopułami lodowymi Antarktydy i Arktyki w celu określenia wysokości. Wskazania były jednak niedokładne, ponieważ część promieniowania wnikała w powierzchnię lądolodu, co było powodem serii wypadków lotniczych na Grenlandii, ale pozwoliło jednocześnie na zrozumienie zjawiska i wykorzystanie w przyszłości tej właściwości dla sondowań wnętrza lodowców.
W pierwszej kolejności metodę radarową wykorzystano do określenia grubości mas lodowych Antarktydy, Grenlandii, następnie topografii ich podłoża, dzięki czemu wiemy, że pod kopułą antarktyczną znajdują się obniżenia poniżej poziomu morza. Później metoda radarowa została zastosowana do szeregu aplikacji glacjologicznych, do badania zawartości wody w lodowcu, struktury wewnętrznej, warstwowania, foliacji, grubości pokrywy śnieżnej, jej struktury i oznaczania szeregu innych parametrów.
Lodowiec jest dla fal radarowych przyjaznym medium. Jedną z najważniejszych zalet stosowania metody radarowej jest jej bezinwazyjność. Badania prowadzone na Spitsbergenie odbywają się na obszarach chronionych. Jakiekolwiek naruszenie środowiska bądź ingerencja wymagają wydania pozwolenia gubernatora prowincji Svalbard. Metoda radarowa nie narusza prawa obowiązującego w parku narodowym. Kolejną jej zaletą jest niezwykła wydajność.
– Na Lodowcu Hansa, np. w celu monitoringu grubości pokrywy śnieżnej, który prowadzimy co roku, wykonujemy około 100 km profilu. Operacja ta w sprzyjających warunkach pogodowych zajmuje zaledwie jeden dzień, w gorszych – dwa dni. Pozyskanie tak dużej ilości materiału z wykorzystaniem innej metody geofizycznej jest praktycznie nieosiągalne. Dodatkowo badania te świetnie komponują się z innymi, np. teledetekcyjnymi (pomiary wykonywane z pokładu satelitów lub samolotów), metoda radarowa służy do sprawdzenia, czy to, co widzimy na obrazach satelitarnych, zostało dobrze zinterpretowane. Metody radarowej nie zamieniłbym na żadną inną – zapewnia glacjolog.
Jednym z nowatorskich pomysłów modego naukowca jest zaproponowana metoda zestawienia danych radarowych z danymi satelitarnymi w taki sposób, aby znaleźć parametry, które mogą być ze sobą porównywane. Wynikiem na miarę odkrycia geograficznego (dane te opublikowane zostały w artykule pt. Earth Surfece Landform and Processes) jest także potwierdzenie tezy, że być może w niedalekiej przyszłości (miedzy 2055 a 2065 rokiem) na skutek intensywnego wycofywania się lodowców na południowym Spitsbergenie powstanie nowa, odseparowana od lądu, czwarta co do wielkości wyspa archipelagu Svalbard.
Dr Mariusz Grabiec z Katedry Geomorfologii Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach jest autorem książki Stan i współczesne zmiany systemów lodowcowych południowego Spitsbergenu w świetle badań metodami radarowymi.
Maria Sztuka
Pełna wersja artykułu ukazała się w numerze grudniowym 2017 "Gazety Uniwersyteckiej UŚ" pod tytułem Spitsbergen – „małe” laboratorium.
