Problematyka badawcza

 

Obszary polarne doskonale nadają się do prowadzenia obserwacji globalnych, regionalnych i lokalnych zależności zachodzących pomiędzy elementami epigeosfery w warunkach kriogenicznych. W oparciu o systematyczne, sezonowe i całoroczne badania, prace w proponowanym projekcie będą się koncentrowały na problemie określenia stanu i współczesnych procesów zachodzących w obrębie kriosfery Arktyki wewnętrznej, przy uwzględnieniu zróżnicowanej charakterystyki obiegu i retencji wody, wobec nierównomiernego w czasie i przestrzeni rozkładu wieloletniej zmarzliny. W szczególności studia obejmą identyfikację mechanizmów rządzących wymianą energetyczną pomiędzy atmosferą, lądowymi masami lodowcowymi oraz wieloletnią zmarzliną z sezonowo aktywną warstwą powierzchniową. Wyznaczono dwa główne cele badawcze projektu: a) określenie sezonowej zmienności struktury termicznej i dynamiki czynnej warstwy zmarzliny oraz rozkładu temperatury w głębszych warstwach przemarzniętego podłoża w obszarach charakteryzujących się różnymi odmianami klimatu Arktyki wewnętrznej; b) porównanie stanu bilansowego oraz reakcji na zmiany klimatu małych lodowców dolinnych położonych w obszarach o kontrastowych warunkach klimatycznych Spitsbergenu w relacji do innych elementów kriosfery.
Dla badań wybrano okolice dwóch polskich stacji polarnych: Kaffioyra na zachodnim wybrzeżu wyspy, podlegającym silnym wpływom oceanicznym oraz Petuniabukta w części wewnątrzfiordowej, odznaczającej się znacznie większym kontynentalizmem.
Chociaż podstawowe procesy funkcjonujące w środowisku polarnym (jak denudacja, obieg wody, aktywność lodowców) oraz stan kriosfery znajdują swoje odbicie w literaturze, to jednak brakuje ciągle bardziej zaawansowanych prac łączących zjawiska glacjalne i peryglacjalne na bazie porównywalnych metod badawczych, zastosowanych do zróżnicowanych przestrzennie sytuacji, odbiegających od siebie w zakresie oddziaływań środowiskowych. Polskie badania polarne zmierzają w kierunku agregowania wyników uzyskanych przez różne zespoły, choć jak dotąd zostało to zrealizowane zaledwie w niewielkim zakresie tak merytorycznym jak formalnym. Bieżący projekt może być zalążkiem przyszłej współpracy zakrojonej na o wiele szerszą skalę. W tym celu ma wykorzystać istniejącą już bazę w postaci stacji polarnych Uniwersytetu Mikołaja Kopernika oraz Uniwersytetu Adama Mickiewicza znajdujących się na Spitsbergenie.
Dla rozwiązania podjętego problemu oraz realizacji założonych celów badawczych proponuje się wdrożenie wykonania następujących zadań:
a) monitoring meteorologiczny, pozwalający na zebranie podstawowych informacji o warunkach pogodowych, jako kontynuacja obserwacji prowadzonych w poprzednich dekadach. Choć wskazano już na odmienność klimatyczną wybranych obszarów, proponowane badania mają na celu zebranie danych gromadzonych przy użyciu identycznych czujników, opracowanych w ramach jednakowych procedur, przechowywanych we wspólnej bazie danych, minimalizując możliwość popełnienia błędów przy ich interpretacji. Ponadto zaistnieje możliwość prowadzenia zapisu w ciągu całego roku, co jest ciągle jeszcze rzadkie na oddalonych od siedzib ludzkich obszarach (niezamieszkałe wybrzeża, wnętrze lądu, lodowce);
b) zebranie podstawowych informacji dotyczących przepływu energii w warstwie przypowierzchniowej atmosfery w relacji do zróżnicowanych czynników środowiskowych, jako podstawa do dalszych rozważań nad sezonowym i między-rocznym zróżnicowaniem czynnej warstwy zmarzliny – t.j. analiza istniejących źródeł kartograficznych i teledetekcyjnych w zakresie budowy geologicznej, geomorfologii, szaty roślinnej itd. Wybrane obszary ukazują rozległy zakres zróżnicowania środowiskowego, częściowo zależny, a częściowo nie od podstawowego założenia projektu jakim jest kontrastowość klimatyczna;
c) określenie dynamiki kriosfery w cyklu sezonowym i międzyrocznym na podstawie pomiarów miąższości i termiki czynnej warstwy zmarzliny. Pomiary będą stowarzyszone z sugerowanym w programie monitoringu zmarzliny założeniem zróżnicowania warunków środowiskowych ich prowadzenia. Dotychczasowe wyniki badań, oparte o zróżnicowane metodyki, nie pozwalają na formułowanie zadowalających uogólnień;
d) określenie dynamiki kriosfery w cyklu wieloletnim, w oparciu o porównanie wartości i zmian temperatury w głębszych odwiertach (do 30 m). Jest znane z literatury, że ocieplenie dotyka także niższych warstw zmarzliny, ale wyniki takich badań były wcześniej uzyskiwane na Svalbardzie w bardzo ograniczonym zakresie. Jakkolwiek rozpoczęcie tego typu pomiarów nie da od razu odpowiedzi o zmienność czasową zjawiska, to wypełni ergodyczną zasadę wykorzystania jego zróżnicowania przestrzennego jako surogatu czasu. Degradacja głębszych warstw zmarzliny wpływa także na zmiany zachodzące na powierzchni w zakresie struktury jej pokrycia, choćby w relacji do pokryw lodowych, w szczególności ich brzeżnych części, co także jest kluczowe dla dalszych rozważań nad związkami pomiędzy środowiskiem peryglacjalnym i glacjalnym;
e) pomiary bilansu masy dwóch wybranych małych lodowców dolinnych na przykładzie Waldemarbreen (2,7 km2, położonego w okolicach Kaffioyry) i Pollockbreen (1,6 km2, położonego w okolicach Petuniabukta), znajdujących się w fazie silnej recesji, będących doskonałymi wskaźnikami współczesnych zmian klimatu, co choć ich reakcje mogą się lokalnie różnić, może zostać jasno wykazane;
f) rejestracja zespołu zjawisk związanych ze stanem bilansowym mas lodowcowych, w tym zapasu śniegu i lodu, zmian pozycji czół, odpływu wody, osadów i generowania rzeźby przedpoli. Wieloletnie obserwacje prowadzone w obu obszarach na podstawie analizy danych archiwalnych oraz badań terenowych zostaną zintegrowane uzupełnione i skonfrontowane ze współczesnymi, wieloaspektowymi obserwacjami (glacjo-meteorologicznymi itd.);
g) integracja zebranego materiału odbędzie się w oparciu o pomiary punktowe wybranych parametrów środowiskowych, uzyskanych poprzez odczyt z zainstalowanych przyrządów, profilowanie z użyciem metod geofizycznych i interpretację zdjęć lotniczych i satelitarnych, używając m.in. najnowocześniejszych obrazów i technik pozwalających na przestrzenną analizę termiki powierzchni gruntu. Podejście takie nie było dotąd stosowane na szerszą skalę w badaniach nad wieloletnią zmarzliną. Użycie metod estymacji i symulacji geostatystycznych dla środowiska polarnego będzie również stanowiło zupełne nowum w podejściu do jego analizy. Pozwoli między innymi na tworzenie map zmarzliny (czasowo-przestrzennej zmienności jej stropu) w skali jednostek subregionalnych (>100 km2).
Obecność wykonawców grantu w rozlicznych gremiach krajowych i międzynarodowych związanych z badaniami polarnymi gwarantuje możliwość rozprzestrzeniania i dyskusji uzyskanych wyników w gronie najlepszych specjalistów podczas konferencji i sympozjów czy też organizację własnych warsztatów lub spotkań podczas uznanych imprez organizowanych przez European Geoscience Union czy International Glaciological Association. W ich wyniku pojawiają się często zeszyty tematyczne w ramach cenionych serii wydawniczych (np. Geomorphology czy Annals of Glaciology). Część uzyskanych wyników może posłużyć przygotowaniu osobnych artykułów lub rozdziałów dysertacji doktorskich i habilitacyjnych (co najmniej w trzech przypadkach). Osobne publikacje zespołów autorskich są przewidziane do przesłania do najwyżej punktowanych czasopism.
W zakresie aparaturowym warto podkreślić możliwość szerokiego testowania badań georadarowych w środowisku polarnym, jak dotąd używanych w niewielkim zakresie (głównie na lodowcach). Podobnie rzecz się ma z wykorzystaniem nowo wprowadzonych analiz obrazów satelitarnych (termalnych) oraz szerokiego zastosowania geostatystyki. Oczekujemy na bazie naszych prac stworzenia nowego modelu funkcjonowania systemu peryglacjalnego/glacjalnego w warunkach przyspieszających zmian środowiskowych obszarów polarnych. Jesteśmy przekonani, że model ten, oparty o skrupulatne, zakrojone na szeroką skalę badania, przyczyni się znacznie do rozwoju wiedzy naukowej.