Антарктида на карті здається єдиною суцільною крижаною тарілкою, що накриває Південний полюс та простягається на обидві півкулі. Та під цією крижаною оболонкою ховається материк, який реагує на потепління не тільки таненням льоду й підняттям рівня океану. Нові дослідження показують: коли Західна Антарктида втрачає свій льодовий панцир, сам континент переходить у режим геологічних потрясінь – із землетрусами, вулканізмом, зсувами та цунамі, що розгортаються в масштабах тисячоліть, але окремі епізоди виглядають як справжні катаклізми.
Зазвичай наслідки танення льодовиків обговорюють через перспективу людей: підйом океану, підтоплення прибережних міст, руйнування інфраструктури. Однак геологи, які вивчають дно морів довкола Антарктиди, дедалі чіткіше бачать іншу лінію подій: щоразу, коли Західноантарктичний льодовий щит відступав у минулому, слідом прокидався сам материк – тріскався, осипався в океан, вивергав лаву й попіл, а навколишні моря перетворювалися на коридори для цунамі.
Подорож у тепле минуле Антарктиди
Близько 30 мільйонів років тому більшу частину сучасної Антарктиди вже вкривала велика крижана шапка. Та в епоху пліоцену, від 5,3 до 2,6 мільйона років тому, Західна Антарктида зазнала глибокого потепління. Лід тут різко відступив: замість суцільного щита лишилися лише високі льодові куполи та гірські льодовики, що трималися за вершини.
П’ять мільйонів років тому умови навколо Антарктиди почали нагріватися ще швидше, а приблизно три мільйони років тому вся Земля увійшла у відносно теплу фазу клімату. Вчені звертають увагу: за оцінками, той пліоценовий світ за температурою був схожий на той, у який людство зараз пришвидшено втягує планету через викиди парникових газів.
Для розуміння цих давніх подій треба пам’ятати, як поводяться льодовики. Це не «замерзлі ріки», що застигли в часі, а повільні, але постійні потоки льоду. Вони народжуються на суходолі й ковзають до моря, стираючи з підмурку гірські породи, піски, уламки каменю й упаковуючи цю суміш усередині льоду. Коли льодовик досягає океану, його фронт ламається, утворюючи айсберги. Разом з ними в море виходять і уламки континентальних порід. Коли айсберг тане, цей «вантаж» осідає на дно, утворюючи шари різнозернистих відкладів.
Саме такі шари, що накопичувалися мільйонами років у дні морів, тепер читають, як архів. Одним із головних полігонів для цього стала Амудсенова протока – віддалене й штормисте море на південь від Тихого океану, одне з найменш досліджених узбереж Антарктиди. Саме тут розташовані льодовики, які сучасні кліматологи вважають найуразливішими до потепління океану.
Бурова експедиція до моря Амудсена
На початку 2019 року міжнародна команда вчених вирушила в море Амудсена в межах Міжнародної програми океанічних досліджень (International Ocean Discovery Program, IODP), експедиція 379. Наукове судно JOIDES Resolution, спеціалізований дрилшип для глибоководного буріння, мало завдання дістати з морського дна «часові капсули» – осадові ядра, що накопичувалися від шести мільйонів років тому до сьогодення.
JOIDES Resolution – одне з найвідоміших наукових суден світу: плавуча лабораторія, що протягом десятиліть бурить океанське дно від Атлантики до Південного океану. Своєю назвою воно вшановує HMS Resolution Джеймса Кука, корабель, який у XVIII столітті досліджував антарктичні води.
Під час експедиції в море Амудсена буровий снаряд опустили майже на 4 тисячі метрів – до самого дна океану, а потім проникли ще на 794 метри вглиб осадових порід. Вийняті довгі циліндри порід – «ядра» – містили багатошаровий літопис змін льоду, вулканізму, течій та життя в цьому секторі Антарктиди. Дослідників найбільше цікавили шари, що відповідають пліоцену, коли Західна Антарктида була не повністю скута кригою.
Неочікувана гостья з глибин континенту
Безпосередньо під час рейсу геологиня Крістін Сіддоуей натрапила на дивну знахідку: рідкісний уламок пісковику в порушеній ділянці ядра. Весь масив відкладів складався переважно з глин і змішаних уламків, тож цей окремий камінь відразу привернув увагу. Детальний аналіз показав: пісковик походить із гір глибоко в антарктичному внутрішньому районі – приблизно за 1300 кілометрів від місця буріння.
Щоб такий камінь опинився на дні моря Амудсена, потрібен був міст із льоду: льодовики мусили сповзати з центральних гір до моря, утворювати айсберги, які потім дрейфували далеко на захід, поки не розтанули й не скинули свій вантаж. Іншими словами, колись через сьогоднішній центр Західної Антарктиди пролягав глибоководний морський прохід, а не суцільний щит завтовшки в кілометри.
Після експедиції, вже в лабораторіях у різних країнах, науковці взялися за більш тонку «детективну роботу». Вони досліджували не лише помітні уламки, а й мікроскопічні частинки: мул, дрібні фрагменти порід, мікрофосилії морських організмів. За хімічними та магнітними властивостями осадів вдалося відтворити часову шкалу періодів, коли льодовий щит відступав і знову наростав.
«Підписи» гір у тонких шарах мулу
Вирішальною стала серія аналізів, яку очолив геохімік Кейджі Горікава. Його мета була досить сміливою: порівняти хімічний склад тонесеньких шарів мулу в ядрах із породами, що виходять на поверхню в різних частинах Антарктиди, і таким чином відстежити маршрути айсбергів.
Кожен із цих шарів утворювався одразу після значного танення льоду, коли айсберги скидали на дно грубозернистий матеріал – гальку, піски, уламки – а потім на цьому «килимку» осідали спокійніші дрібні мули. У цих мулах зберігалися хімічні «відбитки пальців» континентальних порід. Вимірюючи вміст стронцію, неодиму та свинцю, Горікава зумів пов’язати кілька таких шарів у бурових ядрах із конкретними ділянками суходолу в Еллсвортових горах, за 1400 кілометрів від моря Амудсена.
Еллсвортові гори – гірський ланцюг у Західній Антарктиді, який тягнеться майже на 350 кілометрів і сягає висоти понад 4800 метрів. Вони приховані кригою, але виступають із льоду окремими грядами, що нагадують архіпелаг скельних островів. Аналіз показав: матеріал звідти не один раз, а п’ять разів потрапляв у море Амудсена між 4,7 і 3,3 мільйона років тому.
Це означає, що Західноантарктичний льодовий щит у пліоцені не просто повільно й безповоротно танув. Він то відступав, оголюючи глибокий морський басейн та пропускаючи айсберги з глибин континенту до Тихого океану, то знову наростав, заповнюючи внутрішні западини. Такі «пульсації» тривали від кількох тисяч до десятків тисяч років – у геологічному вимірі дуже швидко.
Континент, що розсипається на острови
Щоб додати до цієї історії просторовий вимір, геофізик Руті Гальберштадт поєднала хімічні дані з числовими кліматичними моделями. Результатом стали детальні симуляції того, як змінювалася Західна Антарктида, коли товстий льодовий щит зникав, а на його місце приходило море.
Моделі показують, що кордони льодовика особливо різко відступали вздовж узбережжя. Лінія кромки льоду відкочувалася в бік Еллсвортових гір, а море Амудсена перетворювалося на «корок» із айсбергів, що надходили з усіх напрямків. Уявний суцільний материк ставав архіпелагом: над хвилями підіймалися вкриті льодом, але вже частково оголені скелясті острови.
Загалом Західна Антарктида – це не монолітна плита, а мозаїка глибоких западин і підлідних басейнів, місцями розташованих нижче рівня моря, розділених піднятими гірськими хребтами. Сучасні радарні зйомки, зокрема в районі льодовика Твейтса й льодовика Пайна-Айленд, показують, що саме ці басейни роблять льодовик особливо вразливим до проникнення тепліших океанських вод. У пліоцені, за моделями, вони вже неодноразово наповнювалися морською водою.
Як танення льоду «відпружнює» материк
Старі геологічні дані з усього світу підтверджують просту, але далекосяжну закономірність: коли на континенті тане масивний шар льоду, земна кора, яку він тиснув, починає повільно підійматися. Цей процес називають гляціоізостатичним вирівнюванням. Після завершення останнього льодовикового максимуму Північної півкулі території Скандинавії та Канади й сьогодні продовжують підніматися на кілька міліметрів на рік.
У Західній Антарктиді ця «віддача» від танення може бути ще драматичнішою. Частина регіону лежить над ділянками верхньої мантії, де породи гарячіші й пластичніші, ніж у середньому по планеті. Коли льодовий щит, масою в трильйони тонн, починає танути, м’які глибинні породи реагують швидко, а земна кора місцями «стрибає» вгору з несподіваною швидкістю.
Такий різкий перерозподіл навантаження провокує землетруси. Сучасні приклади – щойно оголені від льоду райони Ісландії, де з початку ХХ століття фіксують активізацію сейсмічності та вулканізму на фоні відступу льодовиків. В Антарктиді про щось подібне свідчить, зокрема, шар вулканічного попелу в осадових ядрах з моря Амудсена, сформований приблизно три мільйони років тому: це слід виверження вулкана в умовах уже ослабленого крижаного навантаження.
Коли крига зникає, втрачають опору не лише глибинні шари. Обриваються схили гір та узбережжя: скельні масиви, які мільйони років були затиснуті між льодовиком і морем, раптово опиняються без цієї «броні». Слабкі, тріщинуваті ділянки гір обвалюються, формуючи гігантські зсуви й обвали, які можуть скотитися аж до моря.
На шельфі – мілководній смузі дна біля берега – танення льодовиків також запускає каскад подій. Товсті товщі осадів, що накопичувалися під льодовиками, більше не затиснуті між кригою та водою. Частини цих відкладів можуть раптово зрізатися й з’їхати в глибші частини моря, вивільняючи енергію у вигляді підводних зсувів. Такі обвали дна здатні породжувати цунамі, які котяться вздовж узбереж і руйнують новонароджені берегові ландшафти.
Подібні процеси відомі й за межами Антарктиди. Наприкінці останнього льодовикового періоду, приблизно 15-18 тисяч років тому, території між сучасними Ютою та Британською Колумбією переживали серію грандіозних паводків, коли гігантські льодовикові озера проривали крижані й осадові дамби. Ці події супроводжувалися зсувами, активізацією вулканізму та швидким підняттям суші. І нині в гірських районах Канади та Аляски гляціологи фіксують руйнівні прориви льодовикових озер, які державні служби вже розглядають як серйозний природний ризик.
Катастрофічна геологія Західної Антарктиди
Поєднання геохімічних, геофізичних і модельних даних з моря Амудсена приводить дослідників до спільного висновку: історія Західної Антарктиди – це не рівна крива повільного танення, а послідовність різких переходів між двома станами. З одного боку – товстий крижаний щит, який пригнічує ландшафт і вщент заповнює западини. З іншого – архіпелаг скелястих островів та заток, відкритих для океану та атмосферних штормів.
Кожен перехід між цими станами супроводжувався «вибухом» геологічної активності. Танення льоду й підняття суші сприяли землетрусам і посиленню вулканізму; скельні масиви обривалися в море, залишаючи круті долини та фьордо-подібні затоки; підводні зсуви на шельфі підіймали хвилі-цунамі, що мчали до берегів нових островів.
У науковій літературі для такого набору процесів – різких, взаємопов’язаних, охоплених у відносно короткий проміжок часу – вживають термін «катастрофічна геологія». У випадку Західної Антарктиди це не гіпотетичні сценарії, а події, чітко зафіксовані в осадових шарах і підтверджені моделями.
Що чекає Західну Антарктиду при майбутньому таненні льоду
Найважливіше в цих реконструкціях минулого – їхнє безпосереднє значення для найближчих століть. Сучасні супутникові спостереження показують, що льодовики Західної Антарктиди, зокрема льодовик Твейтса, вже швидко втрачають масу, а теплі глибокі течії Південного океану підточують їх ізнизу. Дослідницькі роботи останніх років свідчать: великі ділянки щита можуть увійти в режим нестабільного відступу, коли зупинити їх танення буде практично неможливо, навіть якщо глобальні викиди різко скоротити.
Команда, що працювала в морі Амудсена, попереджає: коли Західноантарктичний льодовий щит знову кардинально ослабне або розпадеться, з великою ймовірністю повернеться й супутній йому «пакет» геологічних явищ. Це не буде разова подія. Лід може відступати й частково поновлюватися, моря – проникати вглиб континенту й відступати, відкриваючи й перекриваючи морські проходи між різними басейнами Світового океану.
Зміни в океані, своєю чергою, позначаться на всій планеті. Відкриття нових проток і заток у Західній Антарктиді змінить маршрути холодних і теплих течій. Південний океан відіграє вирішальну роль у перерозподілі тепла й вуглецю між атмосферою та глибокими водами, тому переформатування його циркуляції може вплинути на клімат від Південної Америки до Північної Атлантики.
Коли крижаний континент зеленіє
Паралельно з геологічними зрушеннями змінюється й біота. Свіжі дослідження показують, що навколо айсбергів у Південному океані можуть виникати потужні цвітіння водоростей. Лід, що тане, приносить поживні речовини, а перемішування води створює сприятливі умови для мікроскопічних рослин. Там, де ще вчора було суцільне крижанe поле, з’являються нові оазиси життя, які приваблюють зоопланктон, рибу, пінгвінів і китів.
На суходолі, якщо лід відступає надовго, розгортається ще одна історія. Нині Антарктида – найбільш безплідна з усіх континентальних мас, із дуже скупо представленою рослинністю, що концентрується на околицях Антарктичного півострова й окремих прибережних ділянках. Там ростуть мохи, лишайники, кілька видів квіткових рослин. Однак моделі й палеодані свідчать: якщо Західна Антарктида довго лишатиметься без льоду, великі площі нових островів і берегів покриються моховими килимами й придатковою прибережною рослинністю.
У наукових статтях замальовується парадоксальна картина: материк, який нині асоціюється з білою пустелею, у віддаленій перспективі може виглядати куди зеленішим – хоча ця «зеленість» прийде разом із втратою гігантських крижаних мас, підвищенням рівня Світового океану й хвилями геологічних катастроф.
Автори дослідження з моря Амудсена підкреслюють: з архіву осадів видно, що для Західної Антарктиди такі зміни ніколи не були плавними чи майже непомітними для живих організмів. Навпаки, перехід від крижаного стану до відкритих морів і архіпелагу островів супроводжувався серією подій, які на місцевому рівні виглядали як ланцюг катастроф – землетруси, виверження, зсуви, цунамі. І хоча в геологічному масштабі це лише окремі ривки в довгій історії континенту, для будь-яких майбутніх мешканців берегів Південного океану – людських чи не тільки – вони стануть випробуванням, яке важко буде проігнорувати.
