Jak stare mogą być lodowce i lądolody? To zależy, jaki będzie obiekt naszych badań. Możemy zarówno analizować rdzenie lodowe z Antarktydy czy Grenlandii, jak i skały osadowe, które były nanoszone kiedyś przez dawny lądolód. Pierwsza metoda pozwoli nam tylko poznać historię obecnie już istniejących czap lodowych na świecie, a druga natomiast otwiera bogatą przestrzeń do odkrywania tajemnic lodowców sprzed milionów, a nawet miliardów lat.
Czytaj też: „Śpimy w Szwajcarii, jemy we Włoszech”. Oto jak topniejący lodowiec przedziwnie przesunął granicę państw
Historia lądolodu Antarktydy sięga przełomu eocenu i oligocenu (ok. 35 mln lat temu), kiedy to Australia oddzieliła się od południowego lądu. Powstał wówczas prąd oceaniczny dookoła Antarktydy, który ją izoluje i przyczynia się do stopniowego ochładzania. To wtedy powstają pierwsze czapy lodowe, które rozwijają się do dzisiaj. Nie oznacza to, że najgłębsze warstwy lodu liczą kilkadziesiąt milionów lat.
Trzeba zwrócić uwagę na to, że lód nieustannie „pracuje”. Zarówno w obszarach górskich, jak i okołobiegunowych. Niewielkie opady i niskie temperatury przyczyniają się do minimalnego wzrostu pokrywy lodowej, która następnie wypycha pozostałą masę ku brzegom kontynentu, gdzie się rozczłonkowują na góry lodowe i zaczynają dryfować w oceanie. Tak w ogólnym ujęciu wygląda rozrost pokrywy na Antarktydzie. Sprawia to, że najstarsza część lądolodu ma kilkaset tysięcy lat.
Niemniej zdarza się, że badacze natrafiają na o wiele starsze fragmenty lodu i tak było w 2022 roku. Naukowcy z Uniwersytetu Dakoty Północnej w USA uzyskali 10-metrowy rdzeń lodowy z doliny Ong w Górach Transantarktycznych, który miał około 3-5 milionów lat. Jest to najpewniej najstarszy kawałek tej lodowatej krainy, jaki udało się na wydobyć.
Tak czy owak, ile byśmy się nie gimnastykowali, nie znajdziemy na Ziemi starszego kawałka lodu niż kilka milionów lat. Jak zatem badać starsze lodowate okresy z historii naszej planety? Tutaj musimy zaprosić nie glacjologów, a geologów do badań. Okazuje się, że w skałach może być zapisane o wiele więcej, niż sądzimy. Tylko gdzie dokładnie szukać?
Czytaj też: Naukowcy wysłali robota pod „Lodowiec Zagłady”. Niepokojące dane
Najstarszy lodowiec na świecie znaleziony w Afryce. Istniał w tym miejscu 2,9 mld lat temu
Lodowce i lądolody nie są czystymi ciałami lodu. Niosą one ze sobą mnóstwo osadów gruboziarnistych – piasek, żwir, okruchy pochodzące z podłoża, po którym „porusza” się lód. Takie osady nazywamy moreną. Niziny polskie są bogate w różne formy polodowcowe, które są zbudowane właśnie z takich osadów morenowych. W większości jest to materiał jeszcze nieskonsolidowany i dość sypki, ponieważ liczy co najwyżej 2 miliony lat.
Są jednak na świecie miejsca, które przechowały w swoistej geologicznej lodówce osady morenowe przez o wiele dłuższy okres. Przez ten czas materiał lityfikuje się, ulega różnym przeobrażeniom, ale wciąż jest tym samym kopalnym zapisem dawnego zlodowacenia. Dwóch naukowców, A. Hoffman z Uniwersytetu w Johannesburgu (RPA) oraz I. N. Bindeman z Uniwersytetu Oregonu (USA) wzięli na tapet konkretne skały z Grupy Mozaan w Republice Południowej Afryki. Czemu akurat te?
Czytaj też: Ziemia przechodzi tajemnicze cykle. Jeden z nich zupełnie zmieni życie na naszej planecie
Już w 1993 roku pojawiły się wyniki badań dotyczące tych skał, które wskazywały, że są one diamiktytami osadzonymi przez spływy grawitacyjne spod wysokogórskich lodowców. Diamiktyt to typ skały osadowej, która zbudowana jest z nieregularnych okruchów obcych skał o niskim stopniu posortowania (czyli występuje w niej prawdziwy miks różnych fragmentów skalnych).
Południowoafrykańskie diamiktyty pochodzą z mezoarchaiku i mają 2,9 miliarda lat. Zatem mowa tutaj o skałach starszych o rząd wielkości względem dzisiejszych najstarszych rdzeni lodowych. W dyskursie na temat Grupy Mozaan i jej glacjalnego pochodzenia przez lata brakowało jakiegoś twardego dowodu potwierdzającego, że te skały są faktycznie pozostałością jakiegoś lodowca lub lądolodu.
Czytaj też: Mamy to! Jesteśmy świadkami nowej epoki geologicznej. Ten znak na Ziemi na to wskazuje
Hoffman i Bindeman przeprowadzili badania zawartości trzech izotopów tlenu zawartych w próbkach diamiktytów z RPA. Mowa o 16O, 17O i 18O. Odkryli oni, że izotopu 18O jest wyjątkowo mało, za to 17O niespodziewanie dużo. Taki stosunek wskazuje na to, że owe skały musiały powstać w bardzo mroźnych, wręcz lodowych warunkach.
W taki sposób czarno na białym otrzymaliśmy informację, że diamiktyty z mezoarchaiku są pozostałością po pierwszym w historii zlodowaceniu. Czy naukowcy dowiedzieli się czegoś więcej na temat tego, jak mogły wyglądać pierwsze czapy lodowy? Trudno tutaj o jakiś szczegółowy opis, ale autorzy badań przedstawiają dwie koncepcje. Jedna z nich wskazuje na to, że dzisiejszy obszar RPA mógł znajdować się bliżej któregoś z biegunów (niekoniecznie południowego). Druga natomiast poddaje pod dyskusję teorię o globalnym zlodowaceniu w stylu „Ziemi-śnieżki”.
O takim incydencie w historii planety już wiemy i miało ono miejsce w neoproterozoiku (około 750-580 milionów lat temu). Prawdopodobnie cała Ziemia była pokryta nawet kilometrową czapą lodową. Świadczyć o tym mają ślady po zlodowaceniu w okolicach równika w skałach z tego okresu. Zima w skali globalnej nie trwała jednak bardzo długo, bo od kilkudziesięciu tysięcy do ponad miliona lat. Niemniej znaczne ochłodzenie odczuwane było na Ziemi przez całą erę.
Czytaj też: Obce struktury w jądrze Ziemi wciąż tam są. Pierwszy raz w historii widzimy coś takiego
Ślady lodowca z mezoarchaiku mogą zdradzić jeszcze więcej o historii Ziemi
Czy diamiktyty z RPA zdradzą jeszcze jakieś ciekawe fakty z odległej przeszłości naszej planety? Być może. W kontekście zlodowacenia sprzed 2,9 miliarda lat jeden aspekt wydaje się bardzo interesujący. Mianowicie wyżej w profilu stratygraficznym Grupy Mozaan znajdują się największe na świecie złoża złota.
Genezę złota z Witwaterswand, które jest nieco młodsze od diamiktytów, przypisuję się zintesyfikowanym procesom magmatycznym i migracji gorących roztworów hydrotermalnych przez skorupę ziemską. Jak możemy się domyślać, takie procesy nie sprzyjały raczej generacji czap lodowych, ale ociepleniu klimatu jak najbardziej. Jak przyznał Hoffman dla EurekAlert, być może istnieje jakaś korelacja pomiędzy powstaniem złóż Witwaterswand a ustąpieniem lodowca, ale wymaga to dalszych badań.
Odkrywanie tak dawnej historii Ziemi jest wielkim wyzwaniem. Nie wszystko dostrzeżemy gołym okiem w tak starych, przeobrażonych skałach i potrzeba niekiedy sięgnąć po bardziej zaawansowane metody geochemiczne. W efekcie jednak możemy uzyskać bardzo interesujący obraz świata, kiedy jeszcze nie istniały żadne zaawansowane formy życia, atmosfera była mieszaniną trujących gazów, ale być może rozrastały się pierwsze lodowce.