Přesto se právě tehdy na Antarktidě začalo dít něco, co zásadně změnilo klima planety: z horských ledovců postupně vyrostl obrovský Východoantarktický ledový příkrov, jehož pozůstatek je dnes největší zásobárnou ledu na Zemi.
Dlouho se zdálo, že hlavní odpověď známe. Během eocénu klesala koncentrace oxidu uhličitého, planeta se ochlazovala a po překročení určité hranice mohl na Antarktidě vzniknout trvalý led. Jenže vysvětlení mělo nepříjemnou mezeru. Pokud šlo hlavně o globální pokles CO₂, proč reagoval jižní pól tak dramaticky, zatímco rozsáhlé ledové příkrovy severní polokoule přišly o desítky milionů let později?
Nová studie publikovaná v časopise Science nabízí další část odpovědi. Vědci propojili geodynamické modely, rekonstrukce antarktické krajiny a simulace ledových příkrovů a zjistili, že Antarktida mohla dostat náskok díky procesu, který začal více než sto milionů let před samotným zaledněním. Když se rozpadala Gondwana a od Antarktidy se začaly oddělovat další kontinenty, hluboko pod její kůrou se spustily pomalé změny zemského pláště. Ty během desítek milionů let postupně zvedaly povrch východní Antarktidy, až vznikla vysoká náhorní plošina a pohoří, na nichž mohl sníh přežít léto ještě v době, kdy by v nížinách dávno roztál.
Jinými slovy: klima připravilo chlad, ale nitro Země připravilo místo, kde se mohl led uchytit.
Antarktida nezačala mrznout proto, že by najednou byla celá planeta ledová
Přechod mezi eocénem a oligocénem před přibližně 34 miliony let patří k největším klimatickým změnám posledních 65 milionů let. Země přešla z dlouhodobého „skleníkového“ světa s malým množstvím trvalého kontinentálního ledu do režimu, který geologové označují jako icehouse – světa s velkými polárními ledovými příkrovy.
Geochemické záznamy ukazují, že klíčovou roli sehrál pokles atmosférického CO₂, jehož koncentrace se během eocénu výrazně snižovala. Starší modely naznačovaly, že masivní antarktické zalednění se stává možné po překročení určitého prahu koncentrace CO₂.
Jenže hranice nebyla jednoduchým vypínačem. Geologické údaje ukazují, že první led se mohl na Antarktidě objevovat ještě za podmínek, které byly na dnešní poměry překvapivě teplé, a samotný vznik obřího ledového příkrovu byl výsledkem kombinace klimatických, astronomických, oceánských a geografických faktorů.
Nová práce proto neříká, že CO₂ nebyl důležitý. Naopak jeho pokles zůstává hlavním globálním spouštěčem ochlazení. Autoři řeší jinou otázku: proč byla právě Antarktida připravena zareagovat dřív a razantněji než severní kontinenty. Odpověď začíná překvapivě hluboko pod povrchem.
Rozpad kontinentu může spustit vlnu, která dorazí stovky kilometrů do vnitrozemí
Když se kontinenty trhají, nevzniká pouze nová pobřežní linie. Změny zasahují také spodní část litosféry a svrchní plášť. Výzkumný tým Thomase Gernona už v předchozích pracích popsal proces, při němž se při kontinentálním riftingu pod silnými starými částmi kontinentů vytvářejí konvektivní nestability. Hustší materiál ze spodní části litosféry se může postupně odtrhávat a klesat do hlubšího pláště. Na jeho místo vystupuje lehčí a teplejší materiál, což vede k izostatickému zdvihu povrchu.
Tyto nestability se podle modelů neodehrávají všude zároveň. Mohou se šířit směrem do nitra kontinentu rychlostí přibližně 15 až 20 kilometrů za milion let a vytvářet postupující vlnu zdvihu. Nejde tedy o klasickou seismickou vlnu, která proletí zemským nitrem během minut. „Mantle wave“ je obrazný název pro proces trvající desítky milionů let, při němž se pod kontinentem postupně mění struktura pláště a s ní i výška krajiny nad ním.
V případě Antarktidy měl tento řetězec událostí začít už při rozpadu Gondwany, když se během jury oddělovala Antarktida od Afriky a následně dalších pevnin. Podle nové simulace se důsledky tektonického rozpadu šířily hluboko do vnitrozemí a během více než 100 milionů let pomáhaly zvedat východoantarktický povrch. Výsledkem nebyla jen jedna hora, ale rozsáhlý systém vysoké krajiny: pobřežní sráz, náhorní plošina a hluboko ve vnitrozemí Gamburtsevovo pohoří.
Právě poslední jmenované pohoří je samo o sobě jedním z podivuhodnějších míst planety. Je dlouhé přibližně 600 kilometrů, jeho vrcholy dosahují zhruba tří kilometrů nad mořem – a dnes jej kompletně zakrývají až kilometry antarktického ledu. Vědci jeho tvar znají především z radarových a geofyzikálních měření. Je to v podstatě alpská horská krajina pohřbená pod největším ledovým příkrovem světa.
Rozhodujících mohlo být několik stovek metrů
Na první pohled působí podivně, že by výška krajiny mohla rozhodnout o osudu celého kontinentu. V horách ale několik set metrů může znamenat rozdíl mezi sněhem, který v létě zmizí, a sněhem, který přežije do další zimy. S rostoucí nadmořskou výškou totiž teplota vzduchu obvykle klesá; konkrétní gradient se mění podle podmínek, ale efekt je dost silný na to, aby určil hranici trvalého sněhu.
Rekonstrukce týmu ukazuje, že ještě před přibližně 50 miliony let ležela většina Gamburtsevova pohoří pod výškou 1,5 kilometru. Jak postupoval geodynamický zdvih, stále větší plocha se dostávala výš. Kolem 45 milionů let před současností už významná část krajiny překročila zhruba dvoukilometrovou výšku, kterou model označuje jako kritickou pro vznik a dlouhodobé přežívání horských ledovců v tehdejším klimatu. Do doby kolem 34 milionů let už podle výpočtů ležela téměř polovina zkoumaného horského regionu výše než dva kilometry.
To vytvořilo něco jako klimatické předmostí. Když globální koncentrace CO₂ dál klesala a svět se ochlazoval, led nemusel začínat na nízko položeném kontinentu. Měl připravené rozsáhlé vysokohorské území, kde bylo o několik stupňů chladněji než v nížinách a kde mohl sníh přežít z roku na rok.
Nejdříve vznikly horské ledovce. Ty se zvětšovaly, začaly se spojovat a postupně se šířily z vysoké východoantarktické krajiny do okolí. Kolem 34 milionů let před současností se celý systém dramaticky rozrostl a Antarktida získala první rozsáhlý kontinentální ledový příkrov.
Jakmile se objevil led, začal si vyrábět další chlad
Vytvoření prvních velkých ledových ploch spustilo několik klimatických zpětných vazeb. Nejdůležitější je albedo. Tmavá hornina či vegetace pohlcuje velkou část slunečního záření, zatímco bílý sníh a led ho významně odrážejí zpět do vesmíru. Čím více se ledovec rozšiřoval, tím méně energie antarktický povrch absorboval a tím více se region ochlazoval.
Autoři nové studie odhadují, že tento ledově-albedový efekt mohl v jejich modelu snížit globální teplotu přibližně o jeden stupeň Celsia. Ochlazení přineslo další zpětnou vazbu: studenější atmosféra obsahuje méně vodní páry. Vodní pára je přitom silný skleníkový plyn, takže její úbytek dál oslabuje schopnost atmosféry zadržovat teplo. Tyto procesy umožnily ledu postupně opustit původní horská centra a rozšířit se přes velkou část kontinentu až k jeho okrajům.
To je důležité i pro pochopení klimatických „bodů zlomu“. Překročení určité hranice nemusí samo o sobě udělat všechnu práci. Může pouze spustit soubor procesů, které se následně navzájem zesilují. Antarktida nemusela být dost chladná, aby jedním okamžikem zamrzla celá. Stačilo, aby určité vysoké oblasti byly dost chladné pro první trvalý led.
Pak už pomáhal samotný led.
Proč tedy nezamrzl stejným způsobem sever?
Tady přichází nejzajímavější část hypotézy. Pokud by o nástupu zalednění rozhodoval pouze globální pokles CO₂, oba póly by měly mít mnohem podobnější výchozí podmínky. Jenže neměly. Antarktida je rozsáhlý kontinent soustředěný kolem jižního pólu a díky předchozím geologickým procesům měla velmi vysoký vnitrozemský reliéf. Severní pól naproti tomu leží uprostřed oceánu obklopeného kontinenty, jejichž velké plochy byly tehdy v nižší nadmořské výšce.
Východní Antarktida tedy mohla získat něco, co sever postrádal: rozsáhlé „startovací plochy“ dost vysoko nad mořem, aby se na nich sníh udržel při relativně vysoké globální teplotě. Velké severopolokoulové ledové příkrovy se podle běžného paleoklimatického obrazu rozvinuly mnohem později, zejména v pozdním pliocénu před několika miliony let. Existují sice důkazy o dřívějších epizodách severního zalednění a ledem unášeného materiálu, takže jednoduchá věta „Arktida byla třicet milionů let úplně bez ledu“ by byla příliš hrubá, ale asymetrie v rozsahu a trvalosti kontinentálního zalednění je reálná.
Nový model ji vysvětluje kombinací dvou podmínek. CO₂ rozhodoval o tom, zda je planeta dost chladná. Topografie rozhodovala o tom, kde může led začít růst jako první.
A právě tím studie doplňuje starší debatu, která se dlouho soustředila především na atmosféru a oceány.
Gamburtsevovo pohoří se stalo kolébkou ledu – a led ho potom zakonzervoval
Na celém příběhu existuje ještě jeden krásný geologický paradox. Hory, které podle nové práce pomohly vytvořit Východoantarktický ledový příkrov, dnes pod tímto příkrovem téměř dokonale zmizely. Led je v některých místech zakrývá vrstvou silnou jeden až tři kilometry a jejich skutečný reliéf jsme začali detailně rekonstruovat teprve díky leteckému radaru, gravitaci a seismologii.
Zároveň je právě led pravděpodobně jedním z důvodů, proč se pod ním zachovala stará horská krajina tak mimořádně dobře. Radarová data ukazují hluboce zaříznutá údolí a reliéf, který v některých oblastech vznikal působením řek ještě před rozsáhlým zaledněním. Jakmile se nad krajinou vytvořil převážně chladný, pomalu se pohybující led, intenzita eroze se na některých místech drasticky snížila. Pod ledovým štítem tak přežil jakýsi geologický archiv světa před Antarktidou, jak ji známe dnes.
To dává nové práci další rozměr. Vědci se nesnaží pouze vysvětlit původ ledu pomocí dnešní antarktické topografie. Musejí rekonstruovat, jak vysoká byla krajina před desítkami milionů let, ještě předtím, než ji led zakryl a částečně přetvořil. Studie proto kombinuje geodynamické modely s modely vývoje krajiny, klimatickou energetickou bilancí a simulacemi ledového příkrovu. Výsledkem není přímý „záznam“ dávného zdvihu, ale fyzikálně propojený scénář, který dokáže reprodukovat řadu známých vlastností dnešní i rekonstruované Antarktidy.
A právě tady je potřeba zachovat opatrnost: studie nabízí silný mechanismus, nikoli poslední definitivní slovo o vzniku antarktického ledu.
Neznamená to, že za antarktický led „může zemský plášť“
Takový titulek by byl lákavý, ale špatný. Bez dlouhodobého poklesu CO₂ by samotné zvýšení hor pravděpodobně nestačilo vytvořit dnešní ledový kontinent. Starší paleoklimatické studie ukazují, že globální ochlazení spojené s poklesem atmosférického CO₂ bylo zásadní součástí přechodu do oligocenního ledového světa. Také změny zemské dráhy a dalších klimatických faktorů mohly ovlivnit přesné načasování rychlého růstu ledu.
Nový výzkum tedy původní vysvětlení nenahrazuje. Přidává k němu geologickou podmínku. Klima mohlo být připravené na zalednění, ale to, zda první led vznikne právě na Antarktidě, záviselo také na tom, jak vypadala její krajina.
To je překvapivě zásadní myšlenka. Klimatické změny často popisujeme jako proces odehrávající se v atmosféře, oceánech a ledu. Zemský systém však zahrnuje i pomalé tektonické děje. Kontinent může být dávno před změnou klimatu vyzdvižen, rozříznut řekami nebo posunut do jiné zeměpisné šířky – a teprve o desítky milionů let později se ukáže, že tím vznikly podmínky pro úplně jinou klimatickou budoucnost.
Povrch planety si tedy může připravit svůj budoucí bod zlomu dlouho předtím, než k němu klima vůbec dorazí.
Rozpad Gondwany možná rozhodl o podobě světa o sto milionů let později
A právě časové měřítko dělá celý příběh tak pozoruhodný. Tektonický proces, který pomohl zvednout východní Antarktidu, podle modelu začal při rozpadu kontinentů v druhohorách. Desítky milionů let poté stále měnil povrch krajiny. Teprve mnohem později kleslo dostatečně CO₂ a vysoké hory se změnily z pouhé topografie v místo, odkud mohl vyrůst kontinentální ledový příkrov.
Jakmile led vznikl, začal sám ovlivňovat klima planety. Změnil odrazivost Země, vodní cyklus, oceánské prostředí a postupně pomohl vytvořit svět, ve kterém se vyvinuly ekosystémy a nakonec i člověk. Velká část dnešní klimatické architektury planety tak možná nese nepřímou stopu tektonických událostí, které se odehrály v době dinosaurů.
To je také důvod, proč je nová studie důležitější než jen odpověď na otázku, proč je dnes Antarktida bílá. Ukazuje, že zemské klima nemá jediný ovladač. Atmosféra, oceán, led, reliéf a hluboké nitro planety pracují na úplně odlišných časových škálách, ale jejich účinky se mohou po desítkách milionů let potkat v jediném okamžiku.
Antarktida tedy nemusela zamrznout proto, že by byla Země před 34 miliony let mimořádně studená. Naopak – planeta byla stále výrazně teplejší než dnes.
Antarktida měla jednoduše náskok.
Její nitro jí dávno předtím vybudovalo dvoukilometrové schody směrem k mrazu.
A když se globální klima konečně ochladilo natolik, aby na jejich vrcholu první sníh přežil léto, stačilo už několik zpětných vazeb a horské ledovce se postupně změnily v největší ledový příkrov na Zemi.
DALŠÍ ZAJÍMAVOSTI Z KRÁLOVSTVÍ LEDU
Zdroje: Kód Enigma [1], Science – Gernon et al., „Continental breakup-driven uplift instigated East Antarctic Ice Sheet formation“ [2], University of Southampton – „Mountain formation explains the Antarctic ice sheet mystery“ [3], GFZ Helmholtz Centre for Geosciences – „Why did the Antarctic ice sheet grow many million years earlier than the Arctic ice?“ [4], Nature – „Atmospheric carbon dioxide through the Eocene–Oligocene climate transition“ [5], Climate of the Past – „The Eocene–Oligocene transition: a review of marine and terrestrial proxy data, models and model–data comparisons“ [6], Nature – „Coevolution of craton margins and interiors during continental break-up“ [7], Nature – „East Antarctic rifting triggers uplift of the Gamburtsev Mountains“ [8], img AI generated
