Grónsko – Arktická expedice

28 Srp

„Už třetí den se plavíme na sever. Zítra možná uvidíme pobřeží Špicberků a pak poplujeme směrem ke grónskému pobřeží. Asi za týden dorazíme k hranici ledu, kry jsou letos zase o něco dál na sever. V laboratořích ukrytých v teplu lodě se už zpracovávají první výsledky měření. Kontrolky blikají, je slyšet tichý chod počítačů a přístrojů, zatímco nad lodí se objevilo malé hejno racků tříprstých. Létají sem a tam, honí se a křičí a je jim úplně jedno, že je pět nad nulou a od severu vane ledový vítr. Stojím zabalená ve svetru a teplé větrovce na přídi lodi a najednou mám pocit, že mě ledovým dechem vítá sám velký Arktis.“

Tolik z expedičního deníku Markéty Pokorné, studentky pátého ročníku Českého vysokého učení technického v Praze, obor geodézie, kartografie. Čtvrtý rok svého studia strávila na Universitě Hannover, kde se specializovala na batymetrii. Je jedna z mála šťastlivců, kteří se mohli zúčastnit prestižní mezinárodní expedice směřující do arktické oblasti východního Grónska.

Expedice ARK 18/2

Pokud se vám zdá název expedice složitý, pak je třeba objasnit, že ARK znamená oblast, do které expedice směřovala, v našem případě do Arktisu. Čísla vyjadřují, že je to osmnáctá plavba do dané oblasti a že se skládá ze dvou částí. První byla plavba Bremerhaven – Tromso a na ni navazovala plavba druhá z Tromso do východních vod Grónska a zpátky do Bremerhavenu. O té druhé je tento článek. Všechny tyto expedice organizuje a plánuje Institut Alfreda Wegenera, který se zabývá výzkumem polárních a mořských oblastí. Finančně jsou všechny vědecké výzkumy na lodi zabezpečeny Spolkovým ministerstvem pro vzdělání a výzkum. Této expedice se účastnilo celkem 30 vědců, kteří měli provádět geofyzikální, batymetrický a biologický výzkum. Kromě německých vědeckých pracovníků se expedice účastní i zástupci z jiných zemí. Do této expedice byli zainteresováni také Finové z University Helsinky a Číňané z Institutu ze Šanghaje. Výsledky z jednotlivých výzkumných programů navazují na předešlé závěry expedic, které se datují od roku 1982.

Ledoborec Polarstern

Výzkumný ledoborec postavila německá loděnice Howaldtswerke v Kielu v roce 1982 za 100 milionů eur. Polarstern má za sebou více než dvacet let kyvadlové dopravy mezi severním a jižním pólem, celkem 19 arktických a 21 antarktických misí. Loď dlouhá 118 m a široká 25 m je schopna bez problému pracovat až do minus 50 °C. Má sedm pater, kde jsou kajuty celkem pro 40 členů posádky a 65 vědeckých pracovníků. Od jejího uvedení do provozu do roku 2002 se na lodi vystřídalo na 6700 lidí a loď uplula víc než milion námořních mil (1 námořní míle – 1852 m). V podpalubí jsou vědecké laboratoře a chladicí místnosti, které jsou určeny pro biologii, geofyziku, chemii, oceánografii, geologii, meteorologii a glaceologii. Na některých expedicích je na lodi helikoptéra (BO-105). Ta však není součástí standardního vybavení, ale je pronajímána.

Trasa expedice

Expedice ARK 18/2 vyplula 26. srpna 2002 z Tromso a zamířila k ostrovům Lofoty, kde byl plánován krátký geologický program. Poté ledoborec zamířil na sever do oblasti mezi Špicberky a GrónskemLed. Po většinu doby bylo bezvětří, slunečno, teplota se pohybovala okolo 12 °C a v ledové oblasti teplota klesla na nulu. Minimální teplota klesla na -10,6 °C, síla větru max. 8 Beaufortovy stupnice, teplota vody byla do 5 °C. Pršelo i sněžilo. Po celou dobu byl ledoborec v pohybu, zastavil jen 5x, když byla nalezena vhodná kra, na které se mohla realizovat ledová stanice. Výzkum na ledu trval zhruba jeden den.

Přípravy na expedici

Příprava jednotlivých expedičních náplní běží dlouhé měsíce dopředu už od roku 1982. Hlavní slovo má vedení Institutu A. Wegenera, které koordinuje veškerou činnost. Není jednoduché se na takovou expedici dostat s vlastním vědeckým projektem. Mnozí vědci čekají i několik let. Když jsou nakonec vybráni, musí ještě postoupit náročnou lékařskou prohlídku. Nakonec vyfasují kompletní expediční výstroj a absolvují náročné praktické školení, jak přežít v extrémních podmínkách, včetně tréninku střelby, pro případnou obranu před ledními medvědy. I když to připadá mnohým zbytečné, nikdo nemůže předvídat, co ho na ledové ploše mimo loď může čekat.

Geofyzikální výzkum

Když se podíváme na mapu, je vidět, jak systematicky ledoborec projížděl rozlehlou arktickou oblast, určitě nás při tom napadne jedna otázka. Co tam vlastně hledají? Pohyb zemské kůry v severním Atlantiku je jedním z nevyřešených problémů. Počáteční zlom mezi Grónskem a Skandinávií započal asi před 55 – 60 miliardami let. Bohužel nejsou zatím známy geologické a geofyzikální detaily kolem norských okrajů, v Barentsově moři a špicberských šelfech. Rovněž o grónské zlomové zóně a severovýchodním Grónsku máme zatím málo informací. Úkolem geofyziků bylo získat údaje z těchto zón, samozřejmě pouze z těch míst, kam si loď prorazí cestu. Po dobu expedice se sbíraly vícekanálově seismická, tíhová a magnetická data. Přímo na lodi jsou namontovány 3 magnetické senzory, v tzv. havraním hnízdě. Dva německé magnetometry a z testovacích záměrů jeden americký. Měření tíhového pole Země se provádí helikoptérou pomocí kanadského systému HELIMAG, v liniích s hustými rozestupy, paralelními k seismickým profilům. Třicet metrů pod helikoptérou je zavěšená speciálně tvarovaná nádoba s cesiem. Vrtulník s ní prolétává oblast obdélníkové plochy tzv. matracovou metodou ve stejné výšce. Registrační jednotka nádoby je spojena s letadlovým radarovým altimetrem tak, aby byla známa nadmořská výška nádoby. Interní GPS přijímač určuje polohu. Na expedici se nalétalo 86 hodin, což je přibližně 12 470 km. Hlavním cílem aeromagnetického průzkumu bylo zdokonalení existujících dat a zjistit anomálie mořského dna ve třech hlavních oblastech: Grónsko-špicberské oblasti, v Knipovičově a Hovgaardově pohoří a Boreasově pánvi.

Dalším geofyzikálním výzkumem je seismické měření. Probíhá tak, že za lodí je vlečen 800 metrů dlouhý měřicí kabel (streamer), v jehož celé délce je umístěno 96 hydrofónů. Ty zaznamenávají odražené frekvence, které vysílají „akustická děla“ (24 I VLF airgun cluster) umístěná ve vodě za zádi ledoborce. Seismika neměla s ledem problémy. Shazované radiosondy pomáhaly lépe určit strukturu (průtokové) rychlosti sloupce sedimentu (nánosů). V naměřených datech se objevily znaky, které by mohly poukazovat na staré podloží Yermakovy desky (Yermak Plateau), která byla porušena během odštípnutí od grónské desky a stopy po tektonické činnosti na východní části desky, ke kterým došlo při odtrhnutí. Anomálie se ukázaly i v oblasti Molloy Deep. Díky slabým rozeznatelným magnetickým signálům byla prokázána stále živá činnost čedičů. Další silné anomálie se prokázaly u okraje východního Grónska. Podařilo se získat seismická a potenciální data po celé délce východního Grónska mezi 77° a 81° s. š., byly tak doplněny znalosti o třetihorách v severním Atlantiku.

Batymetrie

Slovo batymetrie vzniklo složením řeckých „bathy“ a „metrie“, „hloubka“ a „měření“ – měření vodních hloubek. Výsledkem měření jsou mapy mořského dna. K tomu se používá sonar, který vysílá 15kiloherzový frekvenční signál k mořskému dnu, čeká na odezvu a poté znovu vysílá. Přijímače na dně lodi zaznamenají 59 odražených paprsků. Data projdou filtry a zesilovači a jsou v surovém formátu uložena na DLT pásek. Přijímaná data se kontrolují na monitorech a jsou ihned zpracovávána, chybné hodnoty jsou opraveny nebo úplně smazány. Klíčovou roli pro měření terénu podmořského dna hraje navigace. Od přesnosti určení polohy lodi se odvíjí přesnost mapování. Přesné určení polohy se děje pomocí polohového systému GPS (Global Positioning System) a integrovaného navigačního systému MINS (Marine Integrated Navigation System). Jejich kombinace je informací, která se přidá k datům ze sonaru (Hydrosweep DS2). Přesnost metody diferenciální GPS je 5 až 10 m. Přesnost batymetrie asi 1 % hloubky, tzn. 50 metrů při hloubce 5000 m. Obtížnost měření záleží na ledových podmínkách. Led se může nalepit na vysílač frekvenčního paprsku a zkreslit měření. Výsledky závisí také na rychlosti lodi, která musí plout tak, aby se vyslaný signál stačil vrátit k přijímači. Každému měření předchází tzv. sonda CTD (Conductivity Temperature Depth). Je to válec, který se spouští na ocelovém lanku až ke dnu a měří salinitu, tlak, teplotu a vodivost dané vodní vrstvy, protože jejich různé hodnoty ovlivňují rychlost průchodu signálu sonaru a tím i přesnost. Mapovalo se v oblasti Framovy úžiny, okraje východního Grónska a Wandelova moře, v rozsahu od 75°30′ do 82° s. š. Velká část byla měřena zároveň se seismikou. I přes úsilí vynakládaná institutů jsou oblasti Grónského moře řídce zmapovány. Řídké informace nalezneme v IBCAO (International Bathymetric Charts of Atlantic Ocean) mapách. Znalosti mořské topografie jsou podstatné pro všechny přírodní vědy, zvláště důležité pro studium transportu sedimentů či tektonické procesy.

Cílem měření této expedice je získat spolehlivé informace o tvaru dna. Překvapivě nebyly v oblasti východního Grónska nalezeny velké poklesy. Data získaná v Knipovičově pohoří se s mapou IBCAO liší ve stovkách metrů! Došlo tedy k razantnímu zpřesnění dat. Systematicky bylo měřeno 9 profilů o délce 60 mílí západně od Špicberků. Max. naměřená hloubka byla 4086 metrů. Sonar a operátoři pracovali 1040 hodin.

Sedimentografický výzkum s Parasound systémem

Toto měření bylo vždy důležitější součástí vědeckého výzkumu všech expedic. Na rozdíl od sonarového měření, u kterého se signál odráží přímo ode dna, echografický signál má jinou frekvenci a poskytuje informaci o pokrytí sedimentu na mořském dně a o jeho struktuře. Měření využívá tzv. PARAmetrický efekt, vystřelují se dvě frekvence. Nižší frekvence proniká hlouběji do svrchních vrstev sedimentů (až do jednoho sta metrů) a je tak získán sedimentový průřez vysokého rozlišení. Zjistí se tak síla a struktura podmořských sedimentů. Odražené signály se analogově zobrazují a ukládají se v digitální podobě do počítače, společně s relevantními daty jako čas UTC, geografická poloha atd. Pro přesnost měření je nutná pomalá jízda lodě a klidné moře. Měřilo se 24 hodin denně. Za 700 hodin bylo nasbíráno 15 GB dat. Data slouží k určení místa, na kterém se budou v následujících expedicích odebírat geologické vrty. Porovnáváním výsledků v různých časových obdobích se také vyvozují změny v proudění mořské vody. Výsledky jsou rovněž důležitou doplňkovou informací pro geofyzikální a geochemický výzkum na těchto expedicích.

Biologické práce na moři a ledu

Stěžejní práce biologů probíhaly jak na volném moři, ve vzduchu, tak přímo na ledě v tzv. ledových stanicích. Ledové pokrytí bylo většinu cesty v průměru 6/10. Oproti očekávání však bylo velmi obtížné nalézt kry, na kterých by se dalo pracovat. Byly většinou rozlámané, malé (do 100 metrů), jen párkrát byla monitorována kra větší (více než 1000 metrů). Jejich výška kolísala od 1 do 3 metrů nad hladinu. Když konečně ledoborec narazil na vhodnou kru, biologové odebírali vzorky ledu (tzv. ledových vrty) a přečerpávali mořskou vodu přes speciální filtry, na kterých se zachytávaly mikroorganismy. Na ledě se zbytečně neztrácí čas, mohlo by se stát, že kra praskne nebo se objeví lední medvěd. Vlastní výzkum ledu probíhal jak na povrchu, v něm, tak i v oblasti těsně pod ním. Byly studovány fyzikální, chemické a biologické vlastnosti plovoucích ker, aby se určily podmínky životního prostředí v přechodném období pozdního léta. Ve vertikálním sloupci ledu se měřila teplota a salinita, objem láku, anorganické živiny (fosfáty, silikáty, čpavky), rozpuštěný organický karbon, množství chlorofylu, množství organismů větších než 20 mm (20 x 10-6 metrů nebo 0,00002 metrů. Část z odebraných ledových vrtů (celkem 82) se zpracovávaly přímo na lodi, zbytek byl uložen v chladicích boxech a převezen do laboratoří. Nalezené druhy organismů se přesně určují a stává se, že jsou objeveny i úplně nové organismy. I když to laikům bude připadat nemožné, mořský led nabízí specifické podmínky pro přizpůsobivou flóru a faunu. Když mořská voda zmrzne, zůstanou v ní obsažené soli ve vysokokoncentrovaném louhu, který se hromadí v silně rozvětveném systému ledových prostor složených z vlasově tenkých kanálků a kapes. V takových podmínkách žijí sympatické komunity zahrnující viry, „protists“ (jednobuněčné řasy, auto- a heterotrofní bičíkovce a nálevníky) a metazoy (meio- a makrofauna).

Sledována byla také spodní strana ledu, která byla také natáčena na video. Zde se nacházejí mnohá zajímavá společenstva jednobuněčných organismů (zooplankton, fytoplankton), jejichž rozmnožovací cyklus závisí na teplotě a světle, které se mění v průběhu ročních období. Všudepřítomné byly amphipody Apherusa glacialis a Gammarus wilkitzkii, které spolu s méně častými druhy tvoří podél spodní strany ledových ker rozsáhlá společenstva. Jejich množství je důležitou signalizační informací pro výskyt vyšších druhů, kterým tato společenstva slouží jako potrava. Jedním z cílů výzkumu bylo proto doplnit znalosti o potravním řetězci v arktických podmínkách. Kvalita a množství planktonu se měřila pomocí multisítí až do hloubky 200 m vodního sloupce. Dále se požívaly dlouhé obdélníkové vlečné sítě RMT (Rectangular Midwater Trawl), v jejichž osmimetrovém chřtánu zůstal viset většinou kril, kterým se převážně živí velryby a ryby. Z vrtulníku se prováděl velkoplošný odečet medvědů, tuleňů, mrožů a velryb. Odhaduje se, že v oblasti mezi Norskem a Grónskem je asi 6 – 7 milionů tuleňů, několik stovek medvědů. Alarmující je potvrzování zpráv o silném úbytku grónských velryb, kterých se na celém světě odhaduje pouze tři tisíce kusů! Ty jsou považovány za jedny z nejvzácnějších kytovců vůbec.

Mořské ptactvo sledovali biologové z Brém. Z můstku lodě byly v určitých časových intervalech protokolovány všechny viděné druhy. U ledových okrajů byli nejčastěji pozorováni: alka malá, alkoun černý, alkoun Bruennichův, papuchalk atlantický. Na volném moři pak: buřňák lední, racek tříprstý, racek šedozelený. V plně ledových oblastech: slonovinový a Rossův racek. Také se objevila skua přímořská a jestřáb krouživý při lovu ostatních ptáků. Tento druh obývá arktické oblasti a během hnízdění se zdržuje zásadně na pobřeží, poblíž kolonií hnízdících ptáků, kde nalézá dostatek potravy. Na podzim však ptáci táhnou na volné moře a jestřábi je následují. Jak je vidět, mnohdy neuvěřitelně daleko.

Leave a Reply