Geotermální zdroje vytváří v Antarktidě jezera. Uvězněné slané jezero má horní vrstvu z vody sladké a proto zmrzne. Na obrázku je jezero Fryxell. Autorem fota je Joe Mastroianni z National Science Foundation, Antarctic Photo Library.

Antarktida je pátým největším světadílem. Před desítkami miliónů let to byla krajina pokrytá nikoli ledem, ale lesy. Že tam kdysi rostly, se ví už od expedice Roberta Falcona Scotta v letech 1910-12. V tomto týdnu proběhla tiskem zpráva, že paleontologové Erik Gulbranson s Johnem Isbellem z University of Wisconsin v Milwaukee si z Antarktidy přivezli fosilní fragmenty třinácti stromů. Jejich stáří je odhadováno na 260 miliónů let. Jsou z doby zvané perm, kdy  tamní klima bylo teplé a vlhké a světové kontinenty, jak je známe, byly spojeny do dvou obřích zemských celků - jednoho na severu a jednoho na jihu. Antarktida byla kdysi součástí superkontinentu jižní polokoule, Gondwany. Zahrnovala současnou jižní Ameriku, Afriku, Indii, Austrálii a Arabský poloostrov.

Ledový příkrov má Antarktida „teprve“ 14 miliónů let. Odhaduje se, že ho tam je 25 milionů kilometrů krychlových. Bez ledu jsou jen některé horské vrcholy. V létě na jihu led taje a ulamují se z něj mnoho kilometrů dlouhé desky. Jsou až šedesát metrů vysoké. Nejvyšší vrstva ledu je mocná  4776 m.  Skalní podklad východní Antarktidy leží převážně nad hladinou moře. I když to je souvislý kontinent, je schovaný pod ledovcovým štítem tlustým v průměru dva kilometry. Antarktida  má dokonce i několik sopek, tou nejaktivnější je Mount Erebus.

Zatímco paleontologové z Wisconsinu si přivezli z Antarktidy „stromy“, na nichž zkoumají, jak se tyto rostliny vypořádávaly s dlouhými období trvalého světla a úplné tmy. Ze zachovaných letokruhů už například vyčetli, že zvládaly rychlé přechody z letních aktivit do zimního spánku. Nejspíš prý jim to netrvalo ani měsíc. Moderním stromům to trvá několik měsíců. Geologové se snaží přijít na kloub tomu, co se tam děje dnes.

Hélène Seroussi z Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology v Pasadeně, první autorka studie. Kredit: JPL, NASA.

U nás v Česku, kde jsme oproti roku 2015 poklesli v žebříčku CPI (Corruption Perceptions Index) o 10 příček až na 47. místo, dobře víme, že kdo maže, ten jede. Nejspíš to platí  i v Antarktidě. Z nové studie totiž vyplývá, že stabilita tamního ledovcového pokryvu závisí především na tom, kolik vody ho zespoda „podmazává“. Přičemž platí, že čím více, tím snadněji a rychleji se ledovcům do moře sklouzává. Pochopení zdrojů tepla, která tamní podmazávání umožňují, je proto důležité k nalezení odpovědi na otázku, co se bude s antarktickým ledem dít a za jak dlouho by mohl zmizet.

Ilustrace mapující vody v tekutém stavu nacházející se pod zmrzlým povrchem Antarktidy. Modré tečky jsou jezera, čáry znázorňují řeky. Šipkou je označena lokalita pojmenovaná Země Marie Byrdové. Tato část na západě sahá až k Rossovu moři. Jméno má po manželce amerického polárníka Richarda Evelyna Byrda. Nazval ji tak při expedici v roce 1929. Jde o zajímavou oblast, nachází se tam Bentleyho příkop, jehož dno leží 2555 metrů pod úrovní moře a je nejhlubším nezatopeným místem na zemském povrchu. Háček je v tom, že je hluboko pod ledem. Najdeme zde i vysoké vrcholy, například štítovou sopku Mount Sidley mající 4285 metrů. (Kredit: NSF / Zina Deretsky)

Většina z nás tam nebyla, a tak máme představu o Antarktidě zprostředkovanou obrázky z televize. Vnímáme ji jako zmrzlou pustinu, v níž se prakticky nic nemění. Je to špatná představa. Ve skutečnosti to je pulzující kontinent s hustou sítí řek, v nichž proudí voda napájejících množství jezer. Jsou obrovská, největší má například rozlohu jako Erijské jezero - jedno z pěti obrovských jezer v Severní Americe mezi Kanadou a USA s rozlohu okolo 26 000 kilometrů čtverečních. Jeden rozdíl tu ale je. Na rozdíl od jezer, jak je známe, se ta antarktická rychle plní i vypouštějí. Hladina s krustou ledu 300 metrů se při tom zvedá a klesá až o šest metrů. A právě tyto pohyby začínají vědce hodně zajímat. A není divu, když se jedná o plochy, kdy jedno jezero je rozlohou větší, než celá naše Morava.  Z kolísání hladiny se dá odhadnout, kolik té nezmrzlé vody v Antarktidě ve skutečnosti je a kam se přelévá a jaký má vliv na tání ledovců.

Už před třiceti lety výzkumník Coloradské university z Denveru předpověděl, že vulkanická činnost pod Zemí Marie Byrdové by mohla formovat a ovlivňovat tamní dění. Až nyní mu nedávno zaznamenaná seismická činnost začíná dávat za pravdu. 
Francouzka Hélène Seroussi z laboratoře Jet Propulsion Laboratory v Kalifornii, spadající pod NASA, je první autorkou studie. K začátkům své práce se vyjadřuje slovy: „Když jsem se poprvé s myšlenkou výrazného ohřívání Antarktidy zespoda setkala, pomyslela jsem si, že to je bláznivé. Nedovedla jsem si představit, jak by tam mohlo vznikat pod ledem tolik tepla." Několik měření prováděných v hloubce pod ledem ji prý ale rychle přesvědčilo, a tak se spolupracovníkem Erikem Ivinsem a dalšími kolegy ze stejné laboratoře dospěli k rozhodnutí, že nejlepším způsobem, jak lépe porozumět dějům probíhajícím v Antarktidě, bude posvítit si na to, co se vlastně tam dole děje. A využít k tomu data, která jsou k dispozici.

Erik Ivins, spoluautor studie, Jet Propulsion Laboratory, NASA. Kredit: JPL, NASA.

Vědci navázali na systém Ice Sheet System (ISSM), což je program na modelování fyzikálního chování ledových vrstev. Vyvinuli ho před časem v JPL a na Kalifornské univerzitě. Seroussi s Ivinsem tento model vylepšili, aby bral v potaz data zjištěná z přírodních zdrojů tepla a jak toto teplo uvolňované zemským pláštěm prostupuje přes vodní masu až k ledu. A také jak se to nakonec vše podepisuje na hodnotě tření a procesech probíhajících v ledovci. Jak moc se jim modelování zdařilo si kontrolovali porovnáváním se záznamy měření z projektů NASA IceSat a leteckého monitoringu IceBridge. Z jejich výzkumu, který z dostupných dat modeluje i takové věci, jako je tok energie z tamního zemského pláště, vyplývá, že musí jít o  vysokou hodnotu, která ale není vyšší než 150 milwattů na metr čtvereční. Jinak by totiž nyní pozorované tání muselo být rychlejší. A také by jejich hodnoty nebyly kompatibilní s tím, co zjišťují satelity z vesmíru.

Paleontolog Erik Gulbranson z University Wisconsin v Milwaukee s fosilizovanými stromy, které si přivezl z Antarktidy.  Jsou z doby, kdy se ještě na Zemi nestihli vyvinout dinosauři. Kredit: UWM Photco / Troye Fox Read more at: https://phys.org/news/2017-11-geologists-uncover-antarctica-fossil-forests.html#jCp

Představu, o jak vysoký tok energie plynoucí ze středu Země do ledovců se vlastně jedná, si uděláme, když údaj porovnáme s hodnotou, která je již známa z oblastí v USA, kde není sopečná aktivita. Tam je tepelný tok z pláště Země 40 až 60 miliwattů/m2.V Antarktidě jsou ale mnohá místa protkána hustou sítí vodních toků, jako například v oblasti zvané Rossovo moře. Tyto proudy tam musí „živit“ mnohem vyšší tepelný tok. Ten má mít nejméně 150-180 miliwattů na metr čtvereční. To už je poněkud jiná káva. Znamená to, že se „tam dole“ děje něco, co se dost podobá dějům probíhajícím pod Yellowstonským národním parkem. Tam se totiž zmíněná hodnota prostupu tepla v průměru pohybuje na dost podobné hodnotě, okolo 200 miliwattů na metr čtvereční.

Superchochol vytvářený ochlazováním zemského pláště. Ne všechny chocholy dosáhnou až na povrch zemského pláště. To je i případ Antarktidy. I když se tyto pochody neprojevují sopečnou činností, jde o velmi dynamické děje a význačné hráče v zalednění Antarktidy. Kredit: Brews ohare,CC BY-SA 3.0

Ze seismologického hlediska je na Antarktidě zajímavé ještě něco. Teplo zemského pláště se tam ledové vrstvě předává jinak, než jak tomu je v místech deskové tektoniky, například na zlomu Velké příkopové propadliny v Africe. Podle geofyziků se pod Antarktidou v plášti Země tvoří útvary, pro něž vymysleli termín plášťové chocholy (v anglické hantýrce plumy). Míní jimi oblasti horkého materiálu, který stoupá vzhůru k povrchu a vytváří vulkanická centra. Někdy se jim říká „horké skvrny“. Nedávají o sobě vědět sopečnou erupcí, ani se jim nedaří dosáhnout až na povrch zemského pláště. Přesto mohou sálat „jako piliňáky“.

Zemský plášť v lokalitě Země Marie Byrdové vznikal 50 až 110 milionů let. Dlouho před tím, než v západní Antarktidě vznikly ledovce. Na konci poslední doby ledové, zhruba před 11 000 lety, nastalo období rychlého a trvalého úbytku ledu. Vědci si myslí, že  to způsobily tehdejší povětrnostní podmínky a stoupající hladiny moří, které natlačily teplejší vodu blíže k vrstvě ledovce. Ať už tomu v minulosti tak bylo, nebo ne, má práce Seroussiové význam především pro chápání nynějších pochodů probíhajících v zemském plášti pod Antarktidou. Nyní je zřejmé, že ve hře jsou mocné síly, a proto do záležitostí tamního ledu mohou promlouvat rovněž mocně, a že to také dělají.

Literatura

Helene Seroussi et al.: Influence of a West Antarctic mantle plume on ice sheet basal conditions, Journal of Geophysical Research: Solid Earth. (2017). DOI: 10.1002/2017JB014423

UW Milwaukee – Geosciences