Az év első felében több híradás is beszámolt arról, hogy kutatók egykori esőerdők maradványaira bukkantak az Antarktiszon. Kevéssé ismert tény, hogy a már akkor is nagyjából sarkközeli helyzetben lévő Antarktiszt 100 millió évvel ezelőtt – az aktuális pólusrégió kivételével – még nagyrészt dús erdőségek borították. De hogy vált a déli kontinens napjainkra a bolygó hűtőszekrényévé, hogyan alakulhatott ki a déli féltekét is alaposan lehűtő gigantikus jégpajzs, és hogy nézne ki a kontinens anélkül?

Az eljegesedésben két tényező töltött be fölöttébb fontos szerepet: elsősorban az üvegházhatású gázok (főként a szén-dioxid) légköri koncentrációja, valamivel kisebb mértékben pedig az óceánok és a szárazföldek elhelyezkedése, valamint széttagoltsága.

Az óriási kiterjedésű antarktiszi jégvilág komoly hatással van Földünk klímájára - (forrás)

Az üvegházhatású gázok légköri koncentrációja a földtörténet során egyáltalán nem volt állandó. A felfokozott vulkánossággal járó időszakokban például a szén-dioxid légköri koncentrációja erősen megnőtt, hogy a „nyugodtabb” időszakokban az azt felhasználó (és erősen felszaporodó) élőlények megkössék, és maradványaikkal a kőzetburokba temetődjenek a szénvegyületek – így csökkentve a légköri szén-dioxid koncentrációját. A következő erőteljesebb vulkáni aktivitást hozó időszakban az eltemetett szénvegyületek egy része azután ismét a légkörbe szabadulhatott. A vulkáni működés intenzitása erősen függött a lemeztektonikai folyamatoktól, amelyek csaknem ugyanilyen fontos szerepet kaptak történetünkben.

A második tényező hatásának talán leglátványosabb példája az Antarktisz „lehűlése”. Földünk klímáját nagyban befolyásolja a kontinensek és az óceánok elhelyezkedése, mivel ezek alapvetően meghatározzák a sarkvidékek és a közepes szélességek közötti hőkiegyenlítést végző földi légkörzés és a tengeráramlások működési mechanizmusát, ezáltal a hőkiegyenlítés mértékét. Egészen máshogy működik mindez egy egységes világkontinens esetén, mint például a mai kontinentális széttagoltság állapotában, és egyáltalán nem mindegy, hogy a sarkvidékeken milyen konfigurációban találhatók a szárazföldek és az óceánok. Hogy a vázolt folyamatokat jobban megértsük, érdemes az „Antarktisz”, valamint a földi üvegházhatás elmúlt 130 millió évét részletesebben is tanulmányoznunk.

Erdőhatár a 80. szélességi körig

A leggyakoribb becslések alapján Földünk légkörében a szén-dioxid aránya több ezer és 180 milliomod (ppm) között változott, ma 400 körüli ez az érték. Az igen magas értékek a korai, forró, erős vulkáni tevékenységet mutató s a szén-dioxidot megkötni képes életformákkal nem vagy alig rendelkező Földet jellemezték, de még 500 millió évvel ezelőtt is 4000 milliomod volt a szén-dioxid koncentrációja.

A Gondwana 420 millió évvel ezelőtt, a Déli-sark felől nézve - (forrás)

A növényvilág lassú elterjedésével, valamint a nagyjából 330–175 millió évvel ezelőtt létező Pangea szuperkontinens révén beköszöntött, lemeztektonikai szempontból nyugodtabb időszak folyamán lassan csökkent az üvegházgázok koncentrációja: 200 millió éve már „csak” 2000 ppm, 100 millió éve pedig már 1000 ppm körül ingadozott. Földünk éghajlata ekkoriban a jelenleginél általában jóval melegebb volt. Mindez persze nem zárta ki kisebb-nagyobb eljegesedések bekövetkeztét, ahogy a csökkenő szén-dioxid-koncentráció időnkénti maximumai is okozhattak különösen erős felmelegedést egyéb tényezőkkel karöltve, amire a földi klíma egyik legmelegebb időszaka, a kréta kiváló példa, mely a nagy déli kontinensen, a Gondwanán sem maradt következmények nélkül.

A földi szén-dioxid-koncentráció modellezett változása (folytonos vonal: az indirekt változókból számolt érték; szaggatott vonal: geológiai adottságok alapján számolt érték; szürke zóna: a módszer „hibahatára”) - (forrás)

A Gondwana nagyjából 550–180 millió évvel ezelőttig a déli pólus közelében egyesítette Földünk szárazföldi területeinek csaknem a felét, miközben a Déli-sark legalább 100–150 millió (más források szerint 300 millió) éve – hasonlóan a mai helyzethez – jellemzően az antarktiszi lemezrész területére esett. Ebből adódóan a terület sugárzási egyenlege jóval kisebb volt, mint a magasabb szélességeké, ugyanakkor a kréta időszakban, körülbelül 140–65 millió éve a lassan felbomlóban lévő sarki kontinens nagyobb részét dús erdőségek borították, melyek jelentős hányada – a mai fogalmaink szerint – esőerdő volt. Persze legnagyobbrészt mérsékeltövi esőerdőkről volt szó, melyeket ma például Tasmánia északnyugati részén vagy Kanada délnyugati partvidékén találhatunk.

Földünk a kréta időszakban, körülbelül 90 millió éve - (forrás) 

Ez arra vezethető vissza, hogy nagyjából 90 millió éve, a korábban viszonylag egységes földrészek szétszakadásának intenzívebbé válásával, az óriási hasadékokkal szabdalt (riftesedett) kőzetlemezekből nagy mennyiségű szén-dioxid került a levegőbe. A folyamat 1000 ppm-nél is nagyobb koncentrációja üvegházhatású klímát hozott létre, miközben a felmelegedést a kontinensek aktuális elhelyezkedése is segítette. A még részben egységes sarkközeli déli kontinens és a hasonlóan viszonylag magas szélességen lévő északi kontinensdarabok között ugyanis a közepes szélességek nagy óceáni területei hatékony hőcserét tettek lehetővé, miáltal a sarkvidékeken is aránylag enyhe éghajlat uralkodott. Persze a csapadék egy része ekkor is hó formájában hullott, és a sarki tengerekben is tapasztalható volt némi jégképződés, de komolyabb jégborítás nem alakulhatott ki, az erdőhatár pedig a 80. szélességi körig terjedhetett.

Elvágott globális kapcsolatok

A burjánzó növényvilág a következő évtízmilliók során lassan csökkentette a légkör szén-dioxid-tartalmát. Ugyanakkor a Déli-sarkvidék viszonylag mérsékelt éghajlata még sokáig fennállt, főleg, hogy körülbelül 55 millió éve, az Atlanti-óceán északi medencéjének kinyílásával kapcsolatos vulkánosság újabb, ezúttal nagyon hirtelen bekövetkező, komoly globális felmelegedést okozott. A dúsabb növényzet már említett szén-dioxidot megkötő mechanizmusa ismét hatott: a légköri szén-dioxid koncentrációjának mintegy 760 ppm-es értéke mellett bolygónk klímája lassan hűvösebbre fordult, ami kedvezett a mintegy 34 millió éve, a Keleti-Antarktisz magasabb területein meginduló jégfelhalmozódásnak is. Igaz, a folyamat tartósságát segítette egy másodlagos tényező is: a Dél-Amerikát, Madagaszkárt és Indiát is hordozó kőzetlemezeknek az Antarktisztól való elszakadását követően, mintegy 50 millió évvel ezelőtt Ausztrália is kezdett különválni. A két kontinens közötti tengeri átjáró körülbelül 35 millió évvel ezelőtt vált teljessé, melynek hamarosan drámai következményei lettek. Így ugyanis egy egységes, az Antarktiszt körülölelő óceánrész képződött, melyben egy, a déli kontinenst körbefutó hidegáramlás tudott létrejönni, s ez utóbbi voltaképpen elvágta a déli-sarki és trópusi területek közötti tengeri és légköri hőkiegyenlítődést, megszüntetve a korábbi mérséklő mechanizmusokat.

A kelet-antarktiszi jégpajzs - (forrás)

Az újabb kutatások szerint ugyanakkor a Dél-Amerika és az Antarktisz közötti Drake-szoros többször is elzáródott, az áramlás valószínűleg csak több millió évvel a kezdeti eljegesedést követően vált tartóssá, ezért inkább arról beszélhetünk, hogy stabilizáló hatással volt a már kialakuló eljegesedésre. Így vált egy óriási hűtőszekrénnyé az Antarktisz: egyre nagyobb területei jegesedtek el – persze jelentős ingadozásokkal, melyekre a Föld pályaelemei, köztük a besugárzás változásai is kihatottak.

A Nyugati-Szél-áramlás - (forrás)

A változások nyomán lényegesen lehűlt a környező tengervíz, ezáltal pedig a déli félteke jókora része is. A jégpajzs legnagyobb kiterjedését a pleisztocén (2,5 millió ‒ 11 ezer évvel ezelőtti) eljegesedési maximumai alatt érte el, 180 ppm légköri szén-dioxid-koncentrációs szint mellett. Ekkor tűnhettek el az egykori erdőségek utolsó maradványai is a kontinensről.

Hol van a széle?

Az Antarktisz mára egy átlagosan 1,6–2 kilométer vastagságú jéggel borított, gigantikus jégfennsík, mely különleges helyzeténél fogva jóval hidegebb az Északi-sarkvidéknél. Utóbbinál egy sarkvidéki óceánt vesznek körül kontinensek, így mind a tengervíz, mind a légáramlások hőkiegyenlítő hatása valamennyire érvényesül, és az Északi-sarkvidék legalább nyáron részben felolvad. A hatalmas déli jégfennsík azonban még nyáron is visszaveri a besugárzás jelentős részét, az őszi napéjegyenlőség után pedig villámgyorsan lehűl, így az antarktiszi nyár nemcsak hűvösebb, hanem rövidebb is, mint északon. Mindez természetes módon segít megőrizni a hatalmas jégpajzsot, amely elfedi a kontinens eredeti körvonalait.

Az Antarktisz topográfiája, kizárólag a teljes jégtakaró elolvadásával kalkulálva - (forrás)

De hogy is nézne ki az Antarktisz jég nélkül?  A kérdést nem is olyan könnyű megválaszolni: bár mérésekből és a jégréteg mozgási irányaiból viszonylag jól ismerjük a jég alatti kőzetrétegek magasságát, de ez nem jelenti azt, hogy a mai tengerszint szintvonala adná ki az Antarktisz körvonalait. Egyrészt a jégtakaró elolvadása körülbelül 60 méterrel megnövelné a tengerszintet, másrészt a jég hatalmas súlyától megszabadulva, a kőzetrétegek izosztatikus emelkedésbe kezdenének, ami jelentős részben „kompenzálná” a tengerelöntést.

Az Antarktisz topográfiája, az izosztatikus emelkedést is figyelembe véve - (forrás)

Szintén érdekes kérdés, hogy a klímaváltozás révén várható-e akkora olvadás az Antarktiszon, mely az előbbiekben vizionált mértékű vízsszintnövekedést tenne lehetővé? A hatalmas kiterjedésű kelet-antarktiszi jégpajzs esetében egyértelműen nem a válaszunk. A várható felmelegedés ugyanis nem elégséges ehhez, mivel a vastag jégréteget viszonylag jól konzerválja a kontinens különösen hideg éghajlata, valamint a már említett köráramlás, a Nyugati-szél áramlás. Ugyanakkor a jóval vékonyabb és kisebb nyugat-antarktiszi pajzs könnyen instabillá válhat, ami okozhat „viszonylag” kisebb tengerszint-emelkedést. Hogy pontosan mekkorát, az a jövő zenéje.

Az írás eredetileg az ÉLET ÉS TUDOMÁNY 2020. évi 43. számában jelent meg

Felhasznált források:

• Brian M. Fagan: Jégkorszak
• Brian Huber, K. A Bogus, R. W. Hobbs, Sietske J. Batenburg: Tectonic Paleoclimate and Paleocenaographis History of the High-latitude Southern Margins of Australia During the Creataceous https://www.researchgate.net/publication/323666998_Tectonic_paleoclimate_and_paleoceanographic_history_of_high-latitude_southern_margins_of_Australia_during_the_Cretaceous
• DeConto, Robert M. (2003). "Rapid Cenozoic glaciation of Antarctica induced by declining atmospheric CO2". Nature. 421 (6920): 245–249 https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003Natur.421..245D/abstract
• Pontus Lurcock and Fabio Florindo: Antarctic Climate History and Global Climate Change https://www.oxfordhandbooks.com/view/10.1093/oxfordhb/9780190699420.001.0001/oxfordhb-9780190699420-e-18?rskey=KOBcV7&result=3 
• https://index.hu/techtud/2020/04/01/esoerdo_maradvanyara_bukkantak_az_antarktisz_nyugati_reszen/
• https://www.skepticalscience.com/print.php?r=77
• https://en.wikipedia.org/wiki/Gondwana
• https://en.wikipedia.org/wiki/Antarctic_Circumpolar_Current
• https://en.wikipedia.org/wiki/South_Polar_region_of_the_Cretaceous
• https://www.google.com/search?q=paleogene+CO2+levels&sxsrf=ALeKk00NCCYwGEI7FcRt3koKT-aJRJrTCA:1596474830360&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwij6J-ZxP_qAhWEHHcKHVOdCJAQ_AUoAXoECAwQAw&biw=1366&bih=576#imgrc=M4iDuT9n4HFuJM