Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru , Otwarty dostęp

14 stycznia 2020

NR 37 (Styczeń 2020)

Krótka historia o tym, jak zanieczyściliśmy Lodowce

225

Lodowce towarzyszą nam od samego początku rozwoju cywilizacji. Dają nam bardzo wiele, są źródłem wody w rzekach i w gospodarstwach domowych, odbijają promieniowanie słoneczne od naszej planety, są źródłem inspiracji dla artystów, wyzwaniem dla wspinaczy, zapisem historii, analogią do planet pokrytych lodem. Co my dajemy lodowcom? Od czasów starożytnych robimy lodowcom to, co potrafimy robić najlepiej, jako ten wyjątkowy gatunek Homo sapiens – po prostu je zanieczyszczamy.

Fot. 1. Lodowiec nie zawsze jest czysty, często pokryty jest ciemnym materiałem nazywanym kriokonitem (połączenie greckich słów κρύος – lód i κουία – pył). Kriokonit to zwykle materiał mineralny, ale także są to mieszkańcy lodowców jak sinice, glony oraz bakterie heterotroficzne

Co mają wspólnego Rzymianie z czapą lodową na Grenlandii?

Lodowce zachwycają nas swoim majestatycznym pięknem – groźne, a zarazem pociągające. Jednak nie zawsze są one czyste, nie świecą bielą i błękitem. Często pokryte są ciemnym materiałem nazywanym w literaturze kriokonitem. Materiał ten stanowią pyły pochodzenia lokalnego, jak zbocza gór, moreny, czy też pyły z tzw. dalekiego transportu, takie jak pyły z pustyń czy wulkanów. Kriokonit to też materiał mineralny wytapiający się z lodu lub pochodzący ze stref subglacjalnych (znajdujących się pod lodem), który jest wypychany pod wpływem ciśnienia na jasną powierzchnię lodowca. Moglibyśmy powiedzieć, że lodowiec jest brudny już ze swej natury, ponieważ kriokonit to materiał naturalny, jednak byłaby to tylko część prawdy. Wiele wydarzeń w naszej historii pozostawia odcisk w lodzie, tzw. footprint. Wiele zanieczyszczeń, uwolnionych nawet w odległych od obecności lodu miejscach, powoli z prądami powietrza dostaje się na lód i tam akumuluje. Jedne są widoczne gołym okiem, z kolei wykrycie innych wymaga zaawansowanych technik naukowych.
Jaki związek ma cesarstwo rzymskie z lodowcami? Na pierwszy rzut oka niewielki, bo lądolód Grenlandii raczej nie gościł turystycznie bogatych Rzymian. Pewnie niektórzy widywali lub też zwiedzali lodowce w Alpach, ale czy pozostały po tym czasie jakiekolwiek ślady? Otóż tak, lodowiec to taka książka, a kolejne warstwy lodu to strony, które pozwalają odczytać wydarzenia związane z ostatnimi milionami lat istnienia naszej planety. Dzięki temu zapisowi wiemy, że temperatury oraz stężenie gazów cieplarnianych wahały się na Ziemi. Na podstawie zapisu mineralogicznego możemy się dowiedzieć, ile pyłu wulkanicznego wędrowało po naszej planecie, czy nawet stwierdzić, jakie pyłki dominowały w konkretnym okresie (co udało się ostatnio japońskim naukowcom). Ale dzisiaj skupimy się  nie na tych ostatnich milionach lat, a na ostatnich dwóch tysiącach, kiedy to cywilizacja rozpoczynała swój wielki rozkwit. W 1994 r. w prestiżowym magazynie naukowym „Nature” opublikowano artykuł, w którym udowodniono, że mimo fizycznej nieobecności Rzymian na czapie lodowej na Grenlandii, odcisnęli oni swoje piętno na tym ekosystemie lodowym. W rdzeniach lodowych znaleziono ołów, a wiek rdzeni przypadał idealnie na rozkwit cesarstwa, który niestety zwiastował także jego upadek. Mianowicie Rzymianie przetapiali ołów do produkcji rur wodociągowych, kubków czy talerzy. Opary zawierające ten szkodliwy pierwiastek były transportowane z wiatrem na znaczne odległości trafiając nawet w tak dalekie miejsca jak lądolód grenlandzki. Za jedną z przyczyn upadku Cesarstwa Rzymskiego uważa się właśnie problemy zdrowotne Rzymian związane z obecnością w wodzie i pożywieniu szkodliwego pierwiastka jakim jest ołów. Cóż to za ironia, że to, co miało wpłynąć na udogodnienia w życiu mieszkańców, zanieczyściło ich organizmy i czapę lodową oddaloną tysiące kilometrów.

Czarny węgiel 

Dziś wielu naukowców zajmuje się badaniem pyłów na powierzchni lodowców, co jest bardzo ważne dla zrozumienia dynamiki i przewidywania tempa topnienia lodu. Im ciemniejszy materiał deponowany jest na lodowcu, tym bardziej go zabija. W jaki sposób? Ciemny materiał skupia promieniowanie słoneczne, które podgrzewa powierzchnie lodu i wpływa na jej topnienie. Dobrym przykładem może tu być czarny węgiel (ang. black carbon), czyli cząsteczki powstające przy niekompletnym spalaniu paliw kopalnych czy biomasy. Czarny węgiel gromadzi się na lodowcach na całym świecie i swoją ciemną barwą nagrzewa lód. Udowodniono, że czarny węgiel może zmniejszać albedo lodu (czyli ilość promieni odbijanych od czystego lodu) nawet o 90%. Taka zmiana w albedo ma katastrofalne skutki dla bilansu masy lodowca. Przed pojawieniem się człowieka, lodowce także były zanieczyszczane czarnym węglem, który pochodził z naturalnych pożarów. Obecnie człowiek dokłada do tego zjawiska więcej niż tylko przysłowiowe trzy grosze. Wypalamy trawy, lasy, nieodpowiedzialnie wykorzystujemy zasoby środowiska, takie jak paliwa kopalne i w niekontrolowany sposób po prostu je spalamy. Czarny węgiel pochodzący ze źródeł antropogenicznych wcześniej czy później trafia na lodowiec, będąc jego cichym zabójcą. Najbardziej spektakularnym przykładem zanieczyszczenia lodu w odległych miejscach są dziewicze obszary Antarktydy, a konkretnie suche doliny McMurdo. Obszary te charakteryzują się brakiem wpływu działalności człowieka, niskimi opadami, wysoką sublimacją (przejście śniegu ze stanu stałego do gazowego), glebami ubogimi w składniki odżywcze, a także niewielką liczbą gatunków bezkręgowców glebowych i całkowitym brakiem roślin naczyniowych. Między innymi dlatego ekosystemy te, o uproszczonym funkcjonowaniu, stanowią świetne naturalne laboratorium do różnego rodzaju badań środowiskowych, w tym monitoringu zanieczyszczeń. Ze względu na to, że zamarznięte jeziora na pustyniach Antarktydy stanowią prosty system i są zlokalizowane w miejscach oddalonych od źródeł zanieczyszczeń, grupa naukowców z USA zbadała obecność, rozmieszczenie i źródła czarnego węgla w tych wyjątkowych ekosystemach. Porównanie próbek zbieranych przez 25 lat zarówno z lodu, wody słodkiej, jak i solanek, wskazuje, że nawet w tak odległych i izolowanych obszarach jak suche doliny, wzrost ilości czarnego węgla w próbkach jest związany z działalnością człowieka. Jednym z głównych zadań naukowców na Antarktydzie jest jak najlepsze poznanie terenu przy jak najmniejszym negatywnym wpływie obecności człowieka na ekosystem. Okazuje się, że aktywność podczas tzw. prac w terenie ma istotny wpływ na środowisko naturalne. Dowiedziono, że obserwowany w ciągu ostatnich 25 lat wzrost zawartości czarnego węgla w tych ekosystemach związany jest ze spalaniem paliwa, którego głównym źródłem są helikoptery! Stanowią one swego rodzaju taksówki w tamtych regionach, które dowożą naukowców w odległe miejsca. Jak widać, nawet jeśli bardzo chcemy, to i tak nie jesteśmy w stanie zminimalizować do zera wpływu działalności człowieka na ekosystem. 

Fot. 2. Lodowiec Forni to jeden z największych lodowców we włoskiej części Alp. Forni jest jednym z najlepiej zbadanych lodowców pod kątem biologii i ekologii mikroorganizmów, ale też zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego

Radioaktywny lodowiec

Kilka lat temu rozpocząłem współpracę z naukowcami z Instytutu Fizyki Jądrowej w Krakowie. Wspólnie zainteresowaliśmy się aspektem akumulacji sztucznych pierwiastków promieniotwórczych przez wspomniany wyżej osad na lodowcu czyli kriokonit. Takim źródłem sztucznych radionuklidów na Ziemi są testy broni jądrowej (Semipalastinks, Nevada, Nowa Ziemia), wypadki w elektrowniach atomowych (Czarnobyl 1986; Tomsk 1993;  czy Fukushima 2011) czy dezintegracja satelity (SNAP9A 1964, Cosmos 958–1978). Głównie chodziło o sprawdzenie, czy i ile pierwiastków, takich jak: cez (137Cs), pluton (239Pu) czy ameryk (241Am), może być zdeponowane w osadach (kriokonicie) na powierzchni lodowców. Rezultaty badań przekroczyły najśmielsze oczekiwania. Okazało się, że w pierwszych naszych wspólnych badaniach stwierdziliśmy koncentracje szkodliwego cezu czy plutonu w kriokonicie przekraczające te stwierdzone w glebach w Czarnobylu. Na podstawie stosunków izotopów plutonu można oszacować źródło skażenia. I tak na lodowcu Hans w Arktyce zdeponowały się pozostałości po wybuchu reaktora w elektrowni w Czarnobylu czy radioaktywny opad po testach broni jądrowej prowadzonych na arktycznych wyspach przez Związek Radziecki. Odkrycie to okazało się dopiero początkiem kolejnych, nie mniej spektakularnych. Kolejna analiza kriokonitu dotyczyła tym razem lodowca zlokalizowanego na Kaukazie – urokliwego lodowca dolinnego Adishi. Kaukaz to taka terra incognita w badaniu ekosystemów lodowych. Do tej pory prace z Kaukazu miały głównie charakter glacjologiczny i dotyczyły zmian zasięgu lodowców. Wysokie wartości plutonu (239Pu) oraz stosunki ameryku do plutonu (241Am/239+240Pu) wskazują na jedno źródło zanieczyszczeń w tym regionie, a mianowicie testy broni nuklearnej prowadzone w dawnym Związku Radzieckim na obszarze tzw. Kapustin Yar. Próbowaliśmy znaleźć informacje na temat działalności w tym miejscu, ale część jest utajniona. Z kolei dostępne źródła niewiele mówią na temat wybuchów. Jak się okazuje, nic się nie ukryje przed ekosystemami lodowymi, nawet zapomniane już miejsce testów broni jądrowej jak Kapustin Jar. Wszystko wydaje się jasne, pozostaje tylko do wyjaśnienia sprawa dotycząca samej akumulacji. Otóż  wspomniany już często kriokonit to osad supraglacjalny (znajdujący się na powierzchni lodu), w którym poza frakcją mineralną możemy znaleźć stałych mieszkańców ekosystemów lodowych, czyli algi i sinice. To właśnie one odpowiadają w znacznej mierze za akumulację zanieczyszczeń. Sinice, które żyją na lodowcach, produkują zewnątrzkomórkowe substancje polimeryczne, które pełnią funkcje krioprotekcyjną. Z drugiej strony działają jak klej, który zlepia ziarna mineralne i inne zimnolubne mikroby, aby stworzyć małą granulkę nazywaną również granulką kriokonitową. Okazało się, że kriokonit na lodowcu Adishi charakteryzuje się obecnością wielu małych granulek kriokonitowych, które z kolei tworzą konsorcjum mikroorganizmów akumulujących zanieczyszczenia. Morfologia powierzchni lodowca Adishi jest bardzo ciekawa, tzn. charakteryzuje się licznymi wzniesieniami, a agregacje osadów są często zlokalizowane w miejscach, gdzie podczas topnienia powierzchni lodu woda nie wypłukuje osadów z jego powierzchni. Zatem bakterie odpowiadają za formowanie się granulek kriokonitowych, w nich z kolei akumulują się zanieczyszczenia, a pagórkowaty charakter powierzchni lodowca uniemożliwia wypłukiwanie granulek z powierzchni lodu. Wszystko to sprzyjało długotrwałej akumulacji radionuklidów. Ostatnio w literaturze naukowej pojawia się coraz więcej dyskusji na temat wpływu przekraczającej oczekiwania koncentracji radionuklidów na ekosystemy zlokalizowane w dolinach, gdzie regularnie wraz z topniejącą powierzchnią lodu transportowany jest kriokonit, będący nieoczekiwanym  źródłem tych zanieczyszczeń. Czy będzie on akumulowany w konsumentach najwyższego rzędu? Czy trafi kiedyś do gospodarstw domowych? Najnowsze artykuły wskazują, że materiał z lodowców jest na tyle rozcieńczony w rzekach, że nie powinien zagrażać zdrowiu ludzi. Warto przy tym dodać, tak dla poczucia nutki strachu, że liczba badań na ten temat cały czas się zwiększa i czas pokaże, co i jak wpływa na zdrowie nasze i nasze otoczenie.

Antybiotyki 

Bardzo chciałbym, żeby to był koniec historii zanieczyszczeń na lodowcach, ale niestety tak nie jest. O dziwo na lodowcach możemy znaleźć bakterie oporne na antybiotyki – i to nie byle jakie, bo oporne na antybiotyki stosowane przy leczeniu najpoważniejszych infekcji bakteryjnych. Antybiotyki są produkowane przez grzyby i bakterie (np. promieniowce), w związku z czym cała gama bakterii w środowisku przez miliony lat opracowała mechanizm antybiotykooporności. Zaskakujące jest to, że na lodowcach możemy znaleźć bakterie oporne na antybiotyki syntetyczne, wyprodukowane przez człowieka i niewystępujące naturalnie w środowisku (np. fluorochinolony). Bakterie te wykazują oporność nabytą polegającą na przekazywaniu genów oporności na antybiotyki obecne w środowisku pomiędzy różnymi komórkami bakteryjnymi. Aby bakteria w środowisku mogła stać się oporną na taki antybiotyk, na...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy