Marele DezghetÎn timpul verii lui 2008, muncitorii care excavau Ground Zero în Manhattan-ul de Jos au ajuns până la nivelul patului de rocă. Au descoperit acolo o groapă uriaşă, cu o adâncime mai mare de 10 metri, crevasele care o înconjurau fiind ticsite cu diferite tipuri de roci.

 

 

 

Geologul consultant a recunoscut imediat aceste caracteristici. Pietrele au fost aduse acolo de la mai multe mile distanţă de un gheţar care se întindea de-a lungul patului de rocă. La un moment dat, un torent de apă rezultat în urma topirii gheţarilor a cioplit de jur împrejurul gropii.

De la gropile din New York City la pădurile de sub mare, dovezile timpurilor în care gheaţa domina lumea sunt de jur împrejurul nostru. Ultima mare eră glaciară a început cu aproximativ 120000 de ani în urmă. O banchiză enormă de gheaţă, cu o grosime mai mare de 3 kilometri în unele locuri, a crescut atât de mult până a acoperit cea mai mare parte a Canadei şi se întindea până aproape de Manhattan. O alta s-a răspândit în cea mai mare parte a Siberiei, Europa de Nord şi Marea Britanie, oprindu-se puţin mai sus de ceea ce în ziua de astăzi numim Londra. În altă parte au apărut banchize de gheaţă şi gheţari mai mici, zone vaste s-au transformat în tundră, iar deşerturile s-au extins odată ce planeta a devenit mai uscată.

Având în vedere prezenţa unei cantităţi atât de mari de gheaţă pe uscat, nivelul mării era cu 120 de metri mai mic decât este astăzi. Britania şi Irlanda făceau parte din uscatul european. Florida era de două ori mai mare decât este astăzi, Tampa fiind la mare depărtare de coastă. Australia, Tazmania şi Noua Guinee făceau parte dintr-o singură bucată de uscat numită Sahul. Planeta era cu greu recognoscibilă.

Apoi, în urmă cu 20000 de ani, a început un mare dezgheţ. În următorii 10000 de ani, temperatura medie globală a crescut cu 3.5 grade Celsius şi cea mai mare parte a gheţii s-a topit. Nivelul în creştere al apei a acoperit zone aflate la mică înălţime, cum ar fi Canalul Mânecii şi Marea Nordului, forţând pe strămoşii noştri să abandoneze multe aşezăminte. Deci ce a provocat dramatica transformare a planetei?


Schimbări misterioase

Noi ştiam de mai mult timp că dezgheţul a început cu creşterea cantităţii de lumină solară primită în timpul verii în emisfera nordică, provocând topirea gheţii şi a zăpezii. Ceea ce rămâne încă un mister este ceea ce s-a întâmplat după. La puţin timp după începutul dezgheţului, de exemplu, emisfera sudică a început să se încălzească, în timp ce emisfera nordică s-a răcit – opusul a ceea ce ar fi fost de aşteptat ca urmare a schimbărilor produse în lumina solară. Acum, după aproape două secole de luptă cu ceea ce păreau a fi dovezi contradictorii, credem că am înţeles în sfârşit modul în care a avut loc sfârşitul erei glaciare.

Totul a început în timpul anilor 1830, atunci când Louis Agassiz a observat că trăsături caracteristice create de gheţari, cum ar fi zgârieturi ale rocilor de bază şi roci “neregulate” aflate la mare distanţă de locul lor de origine, ar putea fi regăsite departe de gheţarii existenţi. Descoperiri similare au fost făcute în curând în toată lumea, din Canada până în Chile. A devenit astfel clar că a existat o întreagă serie de ere glaciare.


Ce a produs apariţia şi, respectiv, dispariţia gheţii?

În 1864, James Croll a propus faptul că schimbările produse în cantităţile de lumină solară care ajungeau în diferite zone ale suprafeţei Pământului, datorate schimbărilor în orbita planetei, ar putea fi responsabile. El a sugerat, de asemenea, că efectele orbitale au fost amplificate de diferite mecanisme de feedback, cum ar fi topirea gheţii şi a zăpezii care erau responsabile de reflectarea căldurii şi schimbări în structura curenţilor oceanici.
Croll a greşit în cea mai mare parte a detaliilor, dar era pe drumul cel bun. La începutul secolului 20, astronomul sârb Milutin Milankovitch a concluzionat că lumina solară primită în timpul verii de emisfera nordică trebuie să fie factorul crucial şi a petrecut mulţi ani chinuitori calculând modul în care acest factor s-a schimbat în ultimii 600000 de ani. Ideile lui n-au fost acceptate la acel moment, dar în anii 1970 studiile realizate asupra straturilor de sedimente oceanice au revelat faptul că avansurile şi retragerile erelor glaciare coincideau într-adevăr cu “ciclurile Milankovitch”.

Totuşi rămâneau mai multe enigme. Pentru început, schimbările în lumina solară erau minuscule. Chiar dacă ele ar fi fost amplificate datorită faptului că o cantitate mai mare din căldura solară era absorbită de planetă ca urmare a topirii zăpezii şi a gheţii, era greu să le consideri responsabile pentru schimbările produse la scară globală. În plus, atunci când cantitatea de lumină solară primită în timpul verii a crescut în emisfera nordică, în emisfera sudică ea a scăzut. Aceasta l-a condus pe Croll să sugereze faptul că erele glaciare alternează între emisfere: atunci când nordul îngheaţă, sudul se dezgheaţă şi viceversa. Dar era de mai mult timp clar că întreaga lume s-a încălzit în aproximativ aceeaşi perioadă.

Răspunsul la aceste puzzle-uri părea a fi apărut în timpul anilor 1980, atunci când straturile de gheaţă forate în Antarctica au dezvăluit o corelaţie incredibil de apropiată între nivelurile de dioxid de carbon din atmosferă şi temperatură.

“Pentru ultimul milion de ani, vezi cum aceste două procese merg de sus în jos, sus şi jos, împreună de-a lungul fiecărei ere glaciare şi aceasta într-un ritm aproape perfect”, spune Jeremy Shakun de la Universitatea Harvard. “Este cea mai frumoasă corelaţie pe care o poţi obţine de la natură.”

Dacă nivelurile de dioxid de carbon au crescut imediat după ce dezgheţul a început în nord, aceasta ar explica motivul pentru care emisfera sudică a început, de asemenea, să se încălzească. Aceasta ne-ar putea ajuta, de asemenea, să explicăm magnitudinea schimbărilor. Dar această idee promiţătoare s-a izbit de o problemă majoră: cu aproximativ un deceniu în urmă, era destul de clar faptul că Antarctica începuse să se încălzească cu câteva sute de ani înainte ca nivelurile de dioxid de carbon să înceapă să crească. Deci, deşi nivelurile în creştere de dioxid de carbon au încălzit fără îndoială planeta, ele fiind considerate astăzi a fi responsabile pentru jumătate din încălzirea care a dus la sfârşitul erei glaciare, ele nu au fost şi cauza iniţială. “Altceva a produs încălzirea Antarcticii”, spune Daniel Sigman de la Universitatea Princeton.




Misterul polenului

Acesta nu era singurul mister. În timpul anilor 1930, studii realizate asupra unor sedimente care conţineau polenul florii alpine Dryas octopetala şi al altor plante a sugerat că, aproape imediat după ce Europa a început să se încălzească, ea a reînceput să se răcească. Această faza rece, numită Dryas vechi sau Intervalul Misterios, a durat de la aproximativ 17500 de ani în urmă până la 14700 de ani în urmă. Straturile de gheaţă au arătat mai târziu că Groenlanda s-a răcit în aproximativ aceeaşi perioadă.

Şi totuşi, în această perioadă Antarctica a început să se încălzească într-un mod constant. “Pe scara detaliată, sudul pare să se încălzească înaintea nordului”, spune Sigman. Dar ce a produs încălzirea emisferei sudice chiar şi atunci când cea nordică se răcea? Nu pare a fi cauzată de schimbările orbitale sau de nivelurile de dioxid de carbon în creştere, dar poate fi cauzată de schimbările curenţilor oceanici.

Ca urmare a faptului că banchizele vaste de gheaţă începeau să se topească cu 19000 de ani în urmă, cantităţi uimitoare de apă proaspătă s-au vărsat în Atlanticul de Nord. Studii realizate asupra sedimentelor marine aflate aproape de coasta Mării Irlandei, de exemplu, arată faptul că nivelul mării a crescut în acea zonă cu aproximativ 10 metri în doar câteva sute de ani (Science, vol 304, p 1141).

În prezent, în Atlanticul de Nord apa sărată care soseşte de la tropice se răceşte, devine foarte densă şi se duce la fund. Aceste ape reci, de adâncime curg până în emisfera sudică, în timp ce la suprafaţă, apa mai caldă – inclusiv curentul Golfului – curge înspre nord. Acest sistem de curenţi este numit şi circulaţia meridională de retur a Atlanticului.

Cantităţile uriaşe de apă proaspătă care se vărsau în ocean cu 19000 de ani în urmă ar fi diluat apa sărată, făcând-o să fie mai puţină densă. Rezultatul: o încetinire a circulaţiei de retur. Dovezile au apărut în 2004 ca urmare a unui studiu realizat asupra sedimentelor oceanice. Raţia a două elemente grele, care indică viteza curentului de adâncime, a arătat că circulaţia de retur aproape se oprise cu 17500 de ani în urmă (Nature, vol 428, p 834).

Rezultatul a fost un fel de efect du-te-vino. Având în vedere că mai puţină căldură era dusă înspre nord de curenţii de suprafaţă, emisfera nordică s-a răcit. Regiunile tropicale şi subtropicale ale emisferei sudice, prin contrast, au început să se răcească, având în vedere că pierdeau mai puţină căldură în favoarea nordului. Aceasta explică multe constatări destul de neclare. Încetinirea curentului atlantic ne ajută să explicăm şi motivul pentru care nivelurile de dioxid de carbon au crescut în timpul marelui dezgheţ.

Până la nivelul anilor 1990, căutarea sursei de dioxid de carbon era centrată pe Oceanul Sudic. Izotopii din sedimentele oceanelor au arătat faptul că un uriaş rezervor de dioxid de carbon se formase în apele de adâncime în timpul erei glaciare. Se crede că o lipsă a amestecării pe verticală, împreună cu o pătură de gheaţă marină, au ţinut captiv acel gaz. În timpul dezgheţului, însă, "acest veritabil "dop" oceanic a ieşit şi cea mai mare parte a dioxidului de carbon a fost eliberat în atmosferă.

Confirmarea a venit la începutul acestui an, mulţumită unei analize izotopice extrem de detaliate realizate asupra dioxidului de carbon captiv în straturile de gheaţă din Antarctica. “Dioxidul de carbon trebuie să fi provenit din apele de adâncime”, spune Jochen Schmitt de la Universitatea Berna din Elveţia. Un nivel de amestecare pe verticală în creştere în Oceanul Sudic este în acest moment acceptat pe scară largă ca fiind responsabil pentru eliberarea dioxidului de carbon. În 2009, de exemplu, Bob Anderson de la Lamont-Doherty Earth Observatory din New York a raportat faptul că Oceanul Sudic a cunoscut o creştere substanţială în dezvoltarea planctonului, prezentând carapace de siliciu în timpul Dryasului vechi , atunci când emisfera sudică a început să se încălzească (Science, vol 323, p 1443). Având în vedere că dezvoltarea acestor organisme este limitată de cantitatea de siliciu dizolvat prezent în apele de suprafaţă, creşterile observate trebuie să se fi datorat aducerii la suprafaţă a apelor de adâncime bogate în siliciu şi alţi nutrienţi.

Dar ce a produs aceasta? Există două opinii. Sigman arată faptul că Antarctica a început să se încălzească în acelaşi timp cu apele aflate la sud de Ecuator. Prin sine însuşi, totuşi, oprirea curentului atlantic ar fi trebuit să încălzească doar apele prezente la tropice, nu şi pe cele aflate atât de departe în sud ca Antarctica. În 2007, echipa lui a propus faptul că atunci când circulaţia atlantică s-a oprit, a fost înlocuită de o circulaţie de retur locală, prezentă în apele din jurul Antarcticii. Apele de suprafaţă dense se scufundau şi apele de adâncime soseau în loc, eliberând atât căldură, cât şi dioxid de carbon. “Aceasta ar putea explica atât încălzirea Antarcticii, cât şi creşterea nivelurilor de dioxid de carbon”, spune Sigman.

Anderson şi colegii lui, pe de altă parte, cred că creşterea cantităţii de ape de adâncime aduse la suprafaţă a fost produsă de schimbări în dinamica vânturilor. Pământul prezintă benzi distincte de vânturi dominante, conduse de diferenţele de temperatură dintre poli şi tropice, cuplate cu rotaţia planetei. Poziţia acestora se poate schimba atunci când diferenţele de temperatură se schimbă.

În timpul erei glaciare, banda vânturilor vestice din emisfera sudică – pe care marinarii o denumesc the Roaring Forties datorită latitudinii la care sunt prezente – ar fi fost situate mai departe spre nord. Efectul du-te-vino a mutat-o mai înspre sud, deasupra Oceanului Sudic, încălzind Antarctica şi producând agitaţia mării din jurul continentului îngheţat. În particular, curentul circular produs de vânt ar fi dus la ridicarea la suprafaţă a mai multă apă de adâncime în regiunea puţin adâncă dintre America de Sud şi Antarctica.

Deşi detaliile sunt încă discutate, la nivel fundamental imaginea pare a fi pe moment destul de clară. “Există încă ceva neînţelegeri pe marginea proceselor detaliate care s-au produs în Antarctica atunci când a avut loc sfârşitul ultimei ere glaciare”, spune Anderson.” Dar cel puţin trăsăturile de bază sunt destul de bine acceptate.”

La începutul acestui an, Shakun şi colegii săi au pus laolaltă cea mai mare parte a acestor componente de cercetare cu o analiză a 80 de înregistrări diferite de temperatură şi compoziţie atmosferică din ultimii 22000 de ani (Nature, vol 484, p 49). Munca lor confirmă destul de mult secvenţa de evenimente care a dus la sfârşitul erei glaciare. Aceasta se prezintă astfel:

În urmă cu aproximativ 20000 de ani, banchizele de gheaţă din nord s-au răspândit atât de mult în sud încât o uşoară creştere a cantităţii de radiaţie solară a condus la o topire amplă. Ca urmare a apei proaspete care se vărsa în Atlanticul de Nord, circulaţia de retur s-a oprit, ducând la răcirea emisferei nordice, dar la încălzirea emisferei sudice. Aceste schimbări se datorau în cea mai mare parte unei redistribuiri a căldurii: cu 17500 de ani în urmă, temperatura medie globală crescuse cu doar 0.3 grade Celsius.

Schimbările produse în structura vânturilor sau curenţilor, sau poate amândouă, au adus mai multă apă de adâncime la suprafaţă în Oceanul Sudic, eliberând dioxidul de carbon care fusese captiv pentru mai multe mii de ani. Ca urmare a creşterii nivelelor atmosferice deasupra pragului de 190 de părţi la milion, întreaga planetă a început să se încălzească. Nordul îndepărtat a răspuns cel mai încet, dar în jurul a 15000 de ani în urmă, ca urmare a faptului că nivelurile de dioxid de carbon ajunseseră la pragul de 240 ppm şi circulaţia de retur a Atlanticului a fost repornită, temperaturile au început să crească. Repornirea circulaţiei de retur a avut un efect opus în emisfera sudică: încălzirea a stagnat şi eliberarea de dioxid de carbon s-a oprit.

Cu aproximativ 12900 de ani în urmă, efectul du-te vino a apărut din nou. Temperaturile de la latitudinile nordice au scăzut din senin şi au rămas la un nivel scăzut pentru următorii 1300 de ani. Această explozie de vreme rece, numită Dryas-ul recent, este crezut să fi fost produsă de un lac enorm de apă provenind din topirea gheţii din America de Nord, care conţinea mai multă apă decât toate Marile Lacuri la un loc, care a început să curgă din senin în Atlantic şi astfel a produs din nou oprirea circulaţiei de retur.

Oceanul Sudic, între timp, a început să elibereze din nou dioxid de carbon. Nivelurile din atmosferă au ajuns la 260 de ppm, provocând încălzirea rapidă a întregii planete în următoarele mii de ani. Cu aproximativ 10000 de ani în urmă, Pământul fusese transformat. Gheaţa se retrăsese, nivelul mărilor crescuse şi strămoşii noştri învăţau să devină cultivatori.

Din punct de vedere tehnic, totuşi, era glacială încă nu s-a terminat. Gheaţa a avansat şi s-a retras de mai multe ori în timpul ultimelor milioane de ani, dar ceva gheaţă întotdeauna a fost prezentă la poli. Poate că totuşi nu pentru mult timp. A fost nevoie doar de o mică creştere a gradului de radiaţie solară şi o creştere graduală de 70 de ppm a nivelurilor de dioxid de carbon pentru a se produce topirea marilor banchize de gheaţă care acopereau la un moment dat Eurasia şi America. De la începutul erei industriale nivelele au crescut cu 130 de ppm şi încă mai cresc. Dacă nu am pompat încă destul dioxid de carbon pentru a topi banchizele de gheaţă din Groenlanda şi Antarctica, am putea să o facem în curând.

Din fericire pentru noi, ar putea dura câteva mii de ani înainte ca ultima mare banchiză de gheaţă să dispară cu totul. Dacă totuşi acest lucru se întâmplă, poate că într-o zi constructorii din Antarctica vor găsi gropi masive în patul de rocă produse de apa obţinută prin topirea gheţarilor şi vor reflecta la o altă transformare dramatică a planetei.


 

Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului The great thaw: Charting the end of the ice age, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.
Traducere: Alexandru Hutupanu