Январским утром 2015 года австралийский ледокол RSV Aurora Australis пробивал себе дорогу у берегов Восточной Антарктиды. В течение нескольких дней корабль пытался пробить тяжелый морской лед. Он врезался в белоснежный пласт, откатывался назад и снова пытался взломать ледовую ловушку. Но лед толщиной в несколько метров едва сдвигался с места.
Стивен Ринтул, океанограф из Университета Тасмании в Хобарте, Австралия, почти отказался от своей цели - добраться до части континента, на которой срывались все предыдущие экспедиции.
«Я действительно думал, что уже не получится, - рассказывал он впоследствии, - Это была бы еще одна неудачная попытка».
Затем на помощь пришла погода. С изменением ветра, который отогнал лед, открылся путь ледоколу. Судно вырвалось на свободу и, преодолев 100 километров льда, достигло кромки замороженного континента вскоре после полуночи. Ринтул и его команда были первыми учеными, которые достигли ледового шельфа Тоттен - огромного плавучего ледника, который является самым большим ледником Восточной Антарктиды.
«Это был действительно волнующий опыт», - говорит Ринтул, возглавлявший экспедицию.
Команде пришлось работать быстро, прежде чем лед снова закрылся бы и заблокировал обратный путь. В течение более 12 часов Ринтул и его коллеги работали без остановок, исследуя температуру и соленость воды, скорость и направление океанских течений, а также форму и глубину дна океана. Они также развернули приборы, которые будут продолжать производить измерения после того, как судно ушло.
Эти первые прямые наблюдения подтвердили опасение, которое давно было у исследователей: теплые воды из окружающего океана могут прокрасться под плавающий ледниковый слой и «съесть» лед снизу.
«Это может объяснить, почему Тоттен в последние десятилетия истончается», - говорит Ринтул.
Подобные данные открывают некоторые страшные истины о Восточной Антарктиде - обширной отдаленной материковой части к востоку от Трансантарктических гор. Этот регион сопоставим по площади с территорией США, и большая его часть является высоким плато до 4093 метров над уровнем моря, где температура может опускаться до -95° C. Поскольку Восточный антарктический ледяной щит кажется таким холодным и изолированным, исследователи полагали, что он был стабилен в прошлом и вряд ли изменится в будущем, что резко контрастирует с гораздо меньшим Западно-Антарктическим ледяным щитом, поскольку многие его ледники быстро отступают.
«Почти все, что мы в последние несколько лет думали, что мы знали о Восточной Антарктиде, оказалась неправильным», - говорит Тас ван Оммен, гляциолог Австралийской антарктической службы в Кингстоне, недалеко от Хобарта.
Путешествуя по всему континенту на самолетах с инструментами, позволяющими брать пробы льда, его команда обнаружила, что большая часть Восточной Антарктиды значительно ниже уровня моря, что делает ее более уязвимой к потеплению океана, чем считалось ранее. Исследователи обнаружили, что массивный ледник Тоттен, который содержит примерно столько же льда, как Западная Антарктида, многократно сокращался и вырастал в прошлом. Это значит, что в будущем можно ждать отступления ледника.
Хотя Восточная Антарктида, как кажется, не теряет сегодня так уж много льда, есть признаки того, что потепление климата влияет и на нее. Это вызывает опасения, ведь ее ледяной покров более чем в десять раз больше, чем западный. Если весь лед ниже уровня моря в Восточной Антарктиде исчезнет, высота Мирового океана повысится почти 20 метров.
Исследователи теперь пытаются собрать как можно больше информации о Восточной Антарктиде, чтобы точнее предсказать, что может произойти. Их беспокойство заключалось в том, что в течение следующих нескольких столетий ледяной покров там может достичь критической точки.
«После достижения определенной пиковой точки, ледники отступаю очень быстро, и это приводит к быстрому повышению уровня моря, - говорит Эрик Ригнот, гляциолог Калифорнийского университета в Ирвайне. - Мы не хотим, чтобы это застало нас врасплох».
Опасность в глубине
Ригнот был одним из первых ученых, которые обратили внимание на проблему, в Восточной Антарктиде долгое время не проводили исследований климата. В 2013 году его команда подробно исследовала льды вокруг края Антарктиды, изучая спутниковые снимки, и данные с метеозондов. Исследователи нашли доказательства того, что шесть ледяных шельфов Восточной Антарктиды, в том числе Тоттен, плавились под поверхностью значительно более быстрыми темпами, чем ожидалось, и даже конкурируя в этом с темпом, с которым отступают ледники в Западной Антарктике.
Новые сюрпризы открылись, когда исследователи повнимательнее взглянули на некоторые из этих ледников Восточной Антарктиды. Спутниковые снимки и бортовые съемки между 1996 и 2013 годами показали, что поверхность Тоттена снизилась на 12 метров, и он достиг той точки, когда талые воды ледника попадают с континента в мировой океан. Ледник отступил вглубь континента на дистанцию около трех километров.
«Это не единственные симптомы», - говорит Крис Стоукс, гляциолог в Даремского университета, Великобритания.
Его команда анализирует спутниковые изображения, полученные в период между 1974 и 2012 годами, и охватывающими все прибрежные районы в Восточной Антарктиде. В большинстве районов не наблюдалась прибывание или убывание льда. Единственным исключением является Земля Уилкса – область, по площади превышающая Гренландию, и включающая в себя ледник Тоттен. Три четверти ледников отступили там в период между 2000 и 2012 годами и Стоукс считает, что Земля Уилкса может быть «слабым подбрюшьем» Восточной Антарктиды.
Пока исследователи размышляли над удивительным отступлением ледников Восточной Антарктиды, ван Оммен и его коллеги облетели Тоттен и прозондировали его.
«Пейзаж под ледником принципиально важен для понимания того, как ледники тают и как они реагируют на изменения климата», - говорит он.
Была запущена международная программа ICECAP (ЛЕДНИК). Вообще, это аббревиатура – International Collaboration for Exploration of the Cryosphere through Aerogeophysical Profiling (Международное сотрудничество по изучению криосфер через аэрогеофизическое профилирование). Цель программы – систематическое обследование скрытого ландшафта Восточной Антарктиды.
Каждое лето в Антарктике с момента пуска программы самолеты ICECAP облетают вдоль и поперек огромный континент, чтобы всмотреться через ледяную корку с помощью радиолокационных систем, а также гравитационных и магнитных сенсоров.
«Это лучшие полеты в мире», - вдохновенно говорит Мартин Сигерт, гляциолог в Имперском колледже Лондона и главный исследователь проекта. Казалось бы, безликий ледяной покров постоянно меняется: ветер становится скульптором снежных дюн, а лед изменяется, мерцая тысячами разных оттенков под антарктическим неземным светом.
«Это все равно, что исследовать другую планету», - говорит Сигерт.
Полеты показали поразительно драматический пейзаж, скрытый под относительно плоским ледяным щитом. Предварительные результаты аэрологических съемок, проведенных в январе этого года во главе с гляциологом Сан Бо из Полярного научно-исследовательского института Китая в Шанхае, подтвердили существование каньона протяженностью 1100 километров - самого длинного в мире и почти такого же глубокого, как Большой Каньон в Соединенных Штатах. В предыдущих полетах над Землей Уилкса команда ван Оммена обнаружила, что 21% водосборного бассейна ледника Тоттен более чем на 1 км ниже уровня моря, а его площадь в 100 раз превышает предыдущие оценки.
«Мы действительно не ожидали, что он будет столь обширным, как это оказалось», - говорит Дональд Бланкеншип, геофизик из Техасского университета в Остине и еще один главный исследователь ICECAP.
Группа также обнаружила подводные впадины, которые простираются от края шельфового ледника Тоттен до линии земли и далее на 125 километров вглубь континента. В некоторых местах их глубина составляет 2,7 километра ниже уровня моря. Эти данные говорят о том, что потепление воды быстро приведет к растоплению ледника.
Первый шанс изучить эти воды ученые получили, когда RSV Aurora Australis достигла ледника Тоттен в 2015 году. Ринтул и его коллеги обнаружили воды с температурой в 0,3° C, что намного теплее, чем температура замерзания морской воды -2° C.
Датчики, которые Ринтал и его команда оставили, показывают, что теплые воды присутствуют под ледником круглый год. Если эти воды просочатся по недавно обнаруженным каналам под Тоттен до линии земли, они будут, по меньшей мере, на 3,2° С выше температуры замерзания на этой глубине.
«Это были бы действительно плохие новости», - говорит Бланкеншип.
Угрозы шельфовым ледникам могут также нести озера под ледниковым покровом, которые периодически направляют паводковые воды к побережью. Десять лет назад озеро Кук под ледниковым покровом на Земле Уилкса внезапно осушилось, исторгнув 5,2 миллиарда кубических метров паводковой воды - крупнейшее событие такого рода, когда-либо происходившее в Антарктиде. Такие наводнения могут стать еще одним дестабилизирующим фактором, вызывая более быстрое таяние льда и возникновение большого числа айсбергов, сообщил Лей Стернс, гляциолог из Канзасского университета в Лоуренсе.
Уроки прошлого
Эти сценарии не являются исключительно гипотетическими, говорят ученые. Исследования последних нескольких лет показали, что Восточная Антарктида потеряла много льда в прошлом и это может произойти вновь в ближайшем будущем.
Свидетельством этому служит экспедиция 2010 года, поддержанная Интегрированной программой бурения океана, в ходе которой извлекались отложения с морского дна у берегов Восточной Антарктиды. Получение этих отложений было опасным делом. Корабль должен был неоднократно останавливать бурение, чтобы уклониться от массивных айсбергов.
«Воды вокруг Антарктиды представляют собой одни из самых сложных условий для бурения океана», - говорит Тина ван де Флирдт, геохимик Лондонского Имперского колледжа и главный исследователь экспедиции.
Однако усилия принесли свои плоды, открыв неожиданные изменения в истории ледникового покрова.
«Мы долго думали, что когда Восточный антарктический ледяной щит вырос до нынешнего размера около 14 миллионов лет назад, это был конец истории, - говорит ван де Флирдт. – Казалось, что это большая стабильная глыба льда, которой не угрожает изменение климата».
Вместо этого осадки морского дна показали, что ледяной покров утончался между 5,3 и 3,3 миллиона лет назад - в эпоху, называемую плиоцен, когда температура воздуха была выше на 2° C, чем сегодня.
«Мы четко видим, что каждый раз, когда происходило потепление климата, ледниковый покров был чувствителен к этому», - говорит ван де Флирдт.
Исследователи говорят, что у них есть некоторые интригующие предварительные результаты с самого последнего межледникового периода, между 129 000 и 116 000 лет назад, когда температура на планете была такой же, как сегодня. Ледяной покров отступал чуть менее быстро в то время, чем во времена гораздо более теплого плиоцена.
«Если результаты окажутся надежными, я бы сказал, что это действительно интересно, - говорит Морин Реймо, геохимик в Обсерватории Земли Ламонта-Догерти в Палисейдс, Нью-Йорк. - Это может означать, что определенное количество льда может легко растаять при небольшом потеплении».
Развитие событий
Поскольку уязвимость Восточной Антарктиды становится очевидной, исследователи все больше озабочены будущим. Единственный способ сделать прогноз на ближайшие десятилетия или века - использовать компьютерные программы, которые моделируют, как ледяной покров реагирует на изменяющийся климат. Но модели относительно упрощены, и до недавнего времени они не могли точно воспроизвести некоторые прошлые события, такие как значительные ледниковые отступления, которые ученые открыли в истории Восточной Антарктиды.
Исследователи климата Роберт Деконто из Массачусетского университета в Амхерсте и Дэвид Поллард из Университета штата Пенсильвания в Юниверсити-Парке попытались сделать моделирование более реалистичным, включив некоторые процессы, которые были исключены из более ранних исследований. Их модель позволяет талой воде на поверхности льда углублять трещины и раскалывать шельфовые ледники, и она имитирует разрушение ледяных скал, когда они теряют шельфовые ледники, скрепляющие их.
Когда Деконто и Поллард включили эти процессы, их модель показала, что ледники Восточной Антарктиды значительно отступили во время последнего межледникового периода в плиоцене.
«Это действительно первая успешная попытка приблизиться к симуляциям с использованием ледников и наше лучшее понимание прошлого отступления ледников и повышения уровня моря», - говорит ван Оммен.
Оглядываясь назад, исследователи спроецировали свою модель на будущее. Там они увидели, как хорошие, так и плохие варианты. Компьютерные симуляции процессов показали, что весь антарктический ледниковый покров не претерпит существенных изменений в течение следующих 500 лет, если к концу века глобальное потепление будет ограничено примерно 1,6° C выше доиндустриального уровня.
Но если температура повысится более чем на 2,5° C выше доиндустриального уровня к 2100 году и продолжит расти, таяние льдов в Антарктике повысит уровень океана на 5 метров к 2500 году, причем почти половина этих вод возникнет от таяния ледников Восточной Антарктиды. Поскольку лед Гренландии также тает, глобальный уровень моря повысится минимум на 7 метров, и вода затопит большие части крупных прибрежных городов, таких как Мумбаи, Шанхай, Ванкувер и Нью-Йорк.
«Это радикально изменило бы береговую линию мира и затронуло бы миллионы людей», - говорит Деконто.
Он предупреждает, что модель все еще довольно груба - главным образом потому, что наблюдения в Восточной Антарктиде ограничены.
«Большая часть побережья просто не изучена», - говорит он.
В настоящее время температура в Восточной Антарктиде быстро падает, когда наступает южная зима. Исследователи закончили работу на месте и у себя дома в уютной обстановке просматривают последние данные проведенного за сбором информации сезона. Приоритетом на будущее является картирование коренных пород под всеми основными шельфовыми ледниками. Это поможет исследователям идентифицировать другие ледники, которые могут быть съедены теплыми океанскими водами, и предсказать, что может произойти, когда лед на прибрежных окраинах исчезнет.
Одна из самых страшных находок - большие долины в глубине континента, которые будут углубляться, по мере спуска к океану. Они могут дестабилизировать большие участки ледниковой шапки Восточной Антарктиды, когда ее края начнут разрушаться в течение ближайших десятилетий и столетий.
«Тогда весь ледниковый покров может легко соскользнуть, поскольку его ничто не будет удерживать», - говорит Бланкеншип.
Фото: ICECAP