Lodowce i wielkie pokrywy lodowe Grenlandii i Antarktydy odpowiadają za około 60% wzrostu poziomu morza.

Tempo topnienia lodu lodowcowego wciąż narasta, co spędza sen z powiek naukowcom na całym świecie. W najbliższych dziesięcioleciach miliony ludzi zamieszkujących wybrzeża będą zmuszone do opuszczenia swoich domów. Aby celnie przewidywać dalszy los lodowców i lądolodów, musimy trzymać rękę na pulsie poprzez ciągłe monitorowanie tempa utraty lodu. Szczególnie skomplikowane jest badanie lodowców uchodzących do morza.

Lodowce kończące swój bieg w morzu są tak naprawdę rzekami lodu poruszającymi się od kilkuset metrów do wielu kilometrów na rok. Suną napędzane własnym ciężarem, a na ich krańcach widzimy wielkie klify lodowe. Lodowce te kurczą się pod wpływem trzech głównych procesów. Pierwszym z nich jest powszechnie znane topnienie powierzchniowe, którego wielkość zależy oczywiście od temperatury powietrza i promieniowa słonecznego. Drugim z procesów prowadzących do ubytku lodu jest cielenie, czyli spektakularne odrywanie się gór lodowych wielkości wielopiętrowych budynków od klifów lodowych. Oprócz tego fragment lodowca ukryty pod powierzchnią morza wytapia się w kontakcie z cieplejszą wodą.

Procesy cielenia i podwodnego wytapiania są bardzo trudne lub wręcz niemożliwe do obserwacji przy zastosowaniu tradycyjnych metod. Na przykład obrazy satelitarne uzyskiwane są zwykle co kilka dni lub tygodni i nie pozwalają na „zaglądanie” pod powierzchnię morza. Z kolei zbliżanie się do cielącego się lodowca w celu bezpośredniego pomiaru jest misją kamikadze. Okazuje się jednak, że zanik lodowców uchodzących do morza można badać, nasłuchując podwodnych dźwięków.

Gdy zanurzymy hydrofon – czyli podwodny mikrofon – w pobliżu lodowca lub dryfującej góry lodowej, usłyszymy niezwykły dźwięk przypominjący odgłosy smażenia boczku na rozgrzanej patelni [ ]. Jest to ostatnia rzecz, której spodziewalibyśmy się po wodą. Pytanie więc brzmi: skąd taki hałas pod powierzchnią morza i jaki związek mają z nim lodowce? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, musimy zacząć od początku. A konkretnie, od procesu powstawania lodowców.

Każdy lodowiec „żywi się” śniegiem. Opady białego puchu tworzą pierzynę, która z czasem robi się coraz grubsza. Pomiędzy płatkami śniegu uwięzione jest powietrze w niewielkich przestrzeniach. Wraz ze zwiększającą się grubością śniegowej pierzyny rośnie nacisk na najgłębsze warstwy. Pod wpływem zwiększonego ciśnienia śnieg zaczyna zamieniać się w lód, w którym uwięzione są niewielkie pęcherzyki powietrza.

Typowe ciśnienie powietrza w pęcherzykach jest około 5 razy wyższe od ciśnienia atmosferycznego, a w niektórych przypadkach może być nawet 20 razy wyższe (czyli takie, jak ciśnienie w wodzie na głębokości 200 metrów). Gdy lód lodowcowy zawierający pęcherzyki dotrze do morza, rozpoczyna się prawdziwy spektakl. Wytapianiu podwodnej części klifu lodowego towarzyszy uwalnianie pęcherzyków powietrza z lodu do wody. Zjawisko to jest bardzo gwałtowne i przypomina niewielką eksplozję, co wynika z dużej różnicy pomiędzy ciśnieniem powietrza w pęcherzykach i ciśnieniem w wodzie. Miliony pęcherzyków uciekają do morza, sprawiając, że zatoki lodowcowe są jednymi z najgłośniejszych podwodnych światów znajdujących się na naszej planecie. Jaki jednak związek ma „śpiew pęcherzyków” z badaniami lodowców?

Jeżeli przyjmiemy, że pęcherzyki uwięzione w lodzie są rozłożone dość równomiernie, to ich liczba uwalniana w danym czasie musi być związana z tempem podwodnego wytapiania lodowca. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że natężenie hałasu zależy od ilości wytopionego lodu. Zanim jednak powiążemy kurczenie się lodowca z podwodnym dźwiękiem pęcherzyków, musimy dowiedzieć się nieco więcej o jego charakterystyce. W tym celu badamy częstotliwości dźwięków. Okazuje się, że zarówno na Antarktydzie, jak i w Arktyce, podwodne szumy pęcherzyków uwalnianych z lodu lodowcowego mają zwykle częstotliwość od 1 do 3 kHz (czyli od 1000 do 3000 drgań na sekundę). Ta wiedza pozwala nam na oddzielenie sygnału wytapiania od innych źródeł dźwięków, takich jak ssaki morskie, opady deszczu, rozbijanie się fal o wybrzeże, czy też… cielenia lodowców.

Odrywanie się ogromnych brył lodu od klifu lodowca to jedno z najbardziej spektakularnych zjawisk występujących w rejonach polarnych. Jest to proces naturalny, jednak jego intensywność wzrasta wraz z ocieplającym się klimatem. Nietrudno się domyślić, że uderzenie góry lodowej o masie liczonej w milionach kilogramów (!) o powierzchnię morza jest źródłem wyjątkowo głośnego podwodnego hałasu [ ]. Szczególnie jeżeli przypomnimy sobie, że typowa waga samochodu to „zaledwie” od 1000 do 1500 kilogramów. W porównaniu do dźwięku wytapiania hałas generowany przez cielenie ma dużo niższą częstotliwość i trwa znacznie krócej. Lód wytapia się nieustannie, jeżeli temperatura wody jest odpowiednio wysoka, natomiast bardzo trudno przewidzieć wystąpienie cielenia.

Czy jednak jesteśmy w stanie mierzyć wielkość gór lodowych odrywających się od lodowca poprzez analizę podwodnych dźwięków? Okazuje się, że tak. Większy ubytek lodu przez cielenie wiąże się z głośniejszym dźwiękiem. Udało się to wykazać przez powiązanie zdjęć poklatkowych klifu lodowca z hałasem rejestrowanym pod wodą dla lodowca Hansa - jednego z lodowców uchodzących do morza w pobliżu Polskiej Stacji Polarnej Hornsund na Spitsbergenie. Związek ten wydaje się oczywisty, ale jak to w nauce – ważne jest dokładne określenie, ile lodu ubywa przy odbieranym natężeniu hałasu. Inaczej mówiąc, musimy nauczyć się języka lodowców. Bez tego nie jesteśmy w stanie odczytać ich skomplikowanej mowy. Jak jednak w praktyce wygląda nagrywanie dźwięku lodowców i jak robić to przez bardzo długi czas w trudnych warunkach polarnych?

Wyobraźmy sobie taką sytuację: jesteśmy na niewielkim pontonie w pobliżu Polskiej Stacji Polarnej Hornsund. Na pokładzie leży długa tuba, z której wystaje podwodny mikrofon. W środku jest kilkadziesiąt baterii, takich dużych w kształcie walca jak do zabawkowego samochodzika na pilota. Do tego karty pamięci i mały komputer, który będzie miał za zadanie nagrywać dźwięki odbierane przez hydrofon. Ruszamy z misją. Wymijamy dryfujące bryły lodu lodowcowego, które pewnie niedawno odcieliły się od lodowca i zdryfowały daleko od jego klifu. Bo kilkudziesięciu minutach slalomu jesteśmy na miejscu. Wiatr i fale poniewierają, czuć chłód i wilgoć. Do naszej tuby mocujemy niewielką kotwicę z liną, a z drugiej strony bojkę wypełnioną powietrzem, która nie pozwoli hydrofonowi zanurzyć się głęboko w muł na dnie morza. Ostrożnie zanurzamy cały zestaw. Jeżeli wszystko dobrze pójdzie, za rok tu wrócimy odzyskać nagrania. Możemy to zrobić na dwa sposoby. Jeżeli nie jest zbyt głęboko, zaopatrzeni w specjalne kombinezony nieprzepuszczające wody, możemy zanurkować w lodowatej wodzie i zabrać nasz sprzęt. Jeżeli jest zbyt głęboko, możemy użyć nowoczesnych systemów nazywanych zwalniakami akustycznymi, za pomocą których wysyłamy specjalny dźwięk do urządzenia na lince pomiędzy naszą tubą i kotwicą. Po otrzymaniu sygnału tuba odczepia się od kotwicy i wypływa na powierzchnię, napędzana wypornością bojki. To ryzykowna gra. Olbrzymia góra lodowa może oderwać się od lodowca, dryfować z prądami morskimi i zmiażdżyć naszą misterną konstrukcję (tylko około 10% lodu jest widoczne na powierzchni). Sprzęt, który działa bez problemu w domowych warunkach, często odmawia posłuszeństwa w Arktyce. Gramy jednak o dużą stawkę i warto podejmować ryzyko.

Akustyka podwodna daje nam możliwość zupełnie innego spojrzenia na kurczenie się lodowców. Ma to nie tylko wartość naukową, ale też artystyczną. Słuchając dźwięków podwodnego wytapiania i cielenia się lodowców, zmniejszamy dystans pomiędzy naszym lokalnym światem a dalekimi rejonami polarnymi. A co za tym idzie – łatwiej nam zrozumieć efekty zmian klimatu. Parafrazując księdza Jana Twardowskiego: śpieszmy się słuchać lodowców - tak szybko znikają.

Tekst: dr Oskar Głowacki