Wyprawa Antarktyczna "Drygalski 2009"

Kontynuacja prac geodezyjno-glacjologicznych pierwszej niemieckiej wyprawy antarktycznej pod przewodnictwem Ericha von Drygalskiego 1901-03

Wstęp

Pokrywy lodowe Antarktydy i Grenlandii jak również lodowce wysokich pasm górskich ziemi pełnią rolę wrażliwych sensorów dla regionalnych i globalnych wahań oraz zmian klimatu na ziemi. Przy czym pierwsze z wymienionych dużych połaci lodu mają szczególne znaczenie. Z jednej strony dzięki swej masie i powierzchni wpływają na klimat, ale z drugiej strony ewentualne zmiany ciał lodowych odzwierciedlają zmiany klimatyczne. Najważniejsze są tu ogromne lądolody Antarktydy.
Kontrola tego typu zmian mas lodowych jest dziś bardzo efektywna i względnie dokładna dzięki metodom rozpoznania geologicznego, jak np. SAR-interferomeria (postawa w ruchu i geometria), satelitarnej altymetrii radiowej (geometria) czy laserowej altymetrii (geometria). Jednak powstaje przy tym zasadniczy problem: wszystkie te metody wymagają danych uzyskanych z pomiarów terenowych.
Poza tym nowoczesne metody satelitarne pokrywają tylko krótkie okresy czasu. Z perspektywy historyczno glacjalnej te kilka lat, kiedy dzięki satelitom udało się zdobyć dane, stanowią tylko krótkie obrazy. Wynikają z tego nowe trendy, określenie ewentualnych zmian tych trendów jest natomiast trudne i niepewne. Okres czasu w odniesieniu do dokładności jest jeszcze za krótki. Nadzieję pokłada się w nowych misjach satelitarnych skoncentrowanych na glacjologicznych celach.
12.01.2003 wystartowała amerykańska satelita "IceSat", z alimetrem laserowym na pokładzie, który jest w stanie zmierzyć grubość pokrywy lodowej z dokładnością do 15 centymetrów. Pomimo technicznych kłopotów pierwsze dane i wyniki są już dostępne. Jesienią 2005 nie udał się niestety start drugiej specjalnej satelity glacjologicznej "CryoSat" z ESA, której orbita miała się pokrywać z antarktycznymi lądolodami. Zaplanowano ponowny jej start. Od tego typu misji oczekuje się w miarę dokładnych i zwartych danych informacyjnych.
Także z wynikami tych misji będzie można najpierw ustalić tylko aktualny trend. Na temat zmian mas lodowych w najbliższej przeszłości historii ludzkości, jak np. w ostatnich stu latach, nie da się nic powiedzieć, a co się z tym wiąże również nic o ewentualnych zmianach trendów ze wszystkimi negatywnymi wpływami tak zwanej epoki przemysłowej.
Dla "geologicznej" skali czasu liczonej w dziesiątkach tysięcy lat będzie można poddać analizie zdobyte dane, które mogą dostarczyć informacji o historii glacjacji różnych obszarów ziemi łącznie z wybrzeżami Antarktydy, np. datowanie terasów brzegowych oceanów lub mórz, moren polarnych lodowców, osiedlenia się roślin i zwierząt na pokrytych wcześniej lodem masywach skalnych oraz wiele innych.

Pomiędzy danymi zabranymi w bardzo krótkim okresie czasu oraz opisującymi całe cykle glazjacyjne, istnieje pewna luka. Ten stan rzeczy spowodowany jest tym, że na początku badań polarnych globalne zmiany klimatyczne, z którymi musi się dziś zmagać ludzkość, nie znajdowały się jeszcze w centrum naukowego zainteresowania Arktyką czy Antarktyką. Dlatego też mamy dziś do dyspozycji wyjątkowo niepełne pomiary z tego okresu.
Gdyby jednak udało się odzyskać wyniki badań „klasycznych” ekspedyzji i porównać je z aktualnymi pomiarami, aby uzyskać dzięki temu dokładne wyniki, które pomogłyby zmniejszyć ową lukę, byłby to znaczący wzrost wiedzy.

Geodezyjno-glacjologiczne i kartograficzne prace pierwszej niemieckiej wyprawy antarktycznej.

Podczas pierwszej niemieckiej wyprawy antarktycznej (1901-03), której przewodził Erich von Drygalski, wykonano imponująco obszerny program badań obejmujący wiele dziedzin. Przeprowadzono liczne badania z dziedziny biologii, glacjologii, oceanografii, meteorologii oraz geofizyki przede wszystkim w celu zbadania pola magnetycznego ziemi.
Nie podjęto prób osiągnięcia spektakularnych czynów, jak np. wdarcia się głębiej na południe, czy nawet zdobycia bieguna południowego. Dlatego też niemiecki cesarz Wilhelm II. był głęboko rozczarowany wynikami ekspedycji. Z dzisiejszego punktu widzenia prace wykonane podczas tej wyprawy stoją w zupełnie innym świetle.

Rys. 1. wycinek z mapy obrazującej okolice Góry Gauß (1901/03)

Powstały dzięki niej cenne mapy obszaru Gaußberg, stożka wulkanicznego, wznoszącego się na wysokość 369 metrów n.p.m. Na tych mapach udokumentowano zarysy brzegowe obszarów zlodowaciałych oraz zaśnieżonych, jak i pozycje lodowców wokół Gaußberg.

Rys. 2. sieć punktów pomiarowych na lądolodzie
(1901/03)

Na samej górze Gaußberg i na leżącym na południe lądolodzie umieszczono geodezyjny centralny obszar punktowy dwukrotnie określony co do szerokości i wysokości. Absolutne położenie sieci zrealizowano przy pomocy dostępnych wówczas technicznych możliwości, metodami astronomicznego określenia miejsca położenia. To znaczy, że ustalono geograficzne współrzędne punktów w obszarze ekspedycji poprzez pomiar położenia gwiazd stałych. Jeden z tych punktów leżał na Gaußberg. Orientacja sieci nastąpiła potem przez określenie azymutu również za pomocą astronomicznych pomiarów.
Dla punktów stałych na lodowcu określono w obu epokach badawczych także ruchy lodu. Suma ruchów leżała w rzędzie wielkości do 100 metrów na rok.

Rys. 3. domek z lodu przy górze Gauß w czasie pływu
syzygijnego; stacja do pomiaru pływów. (1901/03)

Uzupełniająco do techniczno-mierniczych prac następowały badania powierzchni śniegu, specjalne obserwacje oberwanych kantów lodu i pokrywy śnieżnej oraz zaspy na Gaußberg i na lądolodzie.
Przeprowadzono również pomiary pływów morskich.

Projekt geodezyjno-glacjologicznych pomiarów w roku 2009

Niektóre z prac przeprowadzonych podczas pierwszej niemieckiej ekspedycji polarnej dają dziś wyśmienitą możliwość nawiązania do nich i kontynuowania ich.

Poprzez nowe oraz ponowne pomiary obszaru stałych punktów na Gaußberg można zdobyć cenne informacje odnośnie zmian lodowców wokół góry, które obejmują okres ok. 105 lat. Tego typu porównanie danych sięgające do wczesnych okresów pomiarów jest na Antarktydzie niezwykle rzadkie.
Dziś oczywiście nie ma co liczyć na pozostałości zaznaczonych punktów na lodzie. Albo dawno już znikły pod śniegiem, albo się roztopiły. Odnalezienie dawnych punktów nie jest jednak wcale konieczne. Z powodu ruchu lodu i tak byłyby one dziś o kilometry oddalone od swych pierwotnych pozycji. Ale jeśli uda się odnaleźć oraz pomierzyć owe punkty, z porównania wysokości lodowca do zmian jego masy będzie można wyciągnąć tzw. właściwy bilans masy. Chodzi przy tym przede wszystkim o podobną zasadę, jaką wykorzystuje się przy pomiarach altymetrycznych radarem lub laserem.
Elipsoidalne wysokości nowego pomiaru dodatkowo mogą zostać użyte jako kontrola naziemna dla altimetri satelitarnej.
Historyczne punkty pomiarowe na Gaußberg powinny zostać wzięte pod uwagę przy pomiarach jako bezwzględne odniesienie. Oznaczenia punktów na samym masywie Gaußberg, których dokonano w 1902, powinny dać się jeszcze odnaleźć.
Szczegółowa dokumentacja pól lodowych i śnieżnych na obszarze wzniesienia Gaußberg oraz wynikające z niej porównanie z historycznymi mapami może dostarczyć dodatkowych informacji o średnioterminowych zmianach zachodzących w lodzie. Taką dokumentację najprościej stworzyć przy pomocy fotogrametrii. Korzystne jest przy tym to, że nowoczesne systemy analizujące są w stanie przerobić fotogrametrycznie także zdjęcia wykonane normalnym aparatem fotograficznym z dowolnego kierunku, jeśli tylko dysponuje się wystarczającą ilością pokrywających się punktów. Konieczne jest wcześniejsze skrupulatne zaplanowanie geometrii zdjęć.

Badania konstrukcji powierzchni i struktury warstw bliskich powierzchni lodowca można łatwo połączyć w programie prac polowych.
Dodatkowo do geodezyjnych prac badawczych powinny w tym wyjątkowym przypadku zostać wzięte pod uwagę historyczne poszukiwania śladów. Chodzi tu o prace śladami pierwszej niemieckiej wyprawy antarktycznej.

Nawet z minimalną logistyką da się zrealizować istotne części programu badawczego. Możliwe jest więc, wychodząc z bazy położonej u stóp Gaußberg, osiągnięcie wszystkich interesujących nas punktów bez ciężkiej logistyki. Można by również zrezygnować z użycia skuterów śnieżnych, jeśli weźmie się pod uwagę czas przemieszczania się. Wiadomo, że prędkość poruszania się na nartach lub pieszo będzie ograniczona. W takim wypadku pojawiają się oczywiście szczególne wymogi przygotowania fizycznego członków wyprawy.

Nakład personalny i logistyczny

Ogólne

Wymagany okres czasu dla prac polowych wynosi w zależności od programu 2 do 4 tygodni. W tym czasie można będzie zrealizować opisane wyżej cele. Najwyższy priorytet miałoby przy tym określenie obszaru lodu, na którym znajdują się punkty, na co potrzebne będzie około tygodnia pracy.
Dla prac geodezyjnych potrzebne byłyby trzy osoby. Jedna do opieki nad urządzeniami w bazie na południowym skrzydle Gaußberg, a dwie do prac polowych.
Wykonanie ponownego pomiaru sieci geodezyjnej jest możliwe przy pomocy ciągniętych ręcznie sań. Średnica terenu, na którym wykonywane będą prace nie przekracza 50 km. Taką odległość względnie łatwo można pokonać w jeden do trzech dni. Ze względów bezpieczeństwa wymagane będzie założenie jeszcze jednej bazy.
Pomiędzy obozami musi istnieć połączenie komunikacyjne, np. telefonia satelitarna lub krótkofalówki.

Nakład personalny

Do realizacji programu potrzebna byłaby następująca grupa:

1. Naukowy kierownik / kierownik wyprawy (geodeta)
2. Inżynier pomiarowy (specjalista od pomiarów satelitarnych)
3. Pomoc (np. student ostatnich semestrów, specjalista od fotogrametrii)

Rys. 4. Odpoczynek na lodzie morskim (1902)

Dostęp do terenu wyprawy

Największym problemem w realizacji tych zamiarów powinno być względnie odległe położenie Gaußberg. Ze względu na sytuacje lodową teren pracy dostępny jest jedynie przez krótki moment w roku.

Podczas wyprawy w 1901 roku okręt "Gauß&" ugrzązł w lodzie ponad 50 km od brzegu. Naukowcy dotarli z tego miejsca na brzeg i sam Gaußberg na saniach. Do dziś nie powstały w bezpośredniej okolicy żadne stacje badawcze.
Najbliżej położoną stacją na zachód jest oddalona o ok. 450 km australijska stacja Davis. Kolejne 150 km na zachód leży chińska stacja Zhongshan. Na wschód najbliżej jest do rosyjskiej stacji Mirny. W sytuacji potrzeby pomocy logistycznej z jednej z tych stacji niezbędne byłoby użycie śmigłowca. Istotnie odległości są zbyt duże. W styczniu/lutym możliwy byłby program prac polowych. Ewentualnie do obszaru prac można by dotrzeć za pomocą okrętu. Ze względu na oczekiwany stan lodu prawdopodobny okres prac polowych przesunąłby się na luty/marzec i zapewne prace na krótko musiałyby zostać przerwane (max 2 tygodnie), ponieważ potrzebny będzie dodatkowy czas dla transportu pomiędzy okrętem i brzegiem. Należy wychodzić z założenia, że nie da się dotrzeć do brzegu bezpośrednio okrętem, tak samo jak w 1901 roku. Lód na morzu wystarczająco daleko łamie się dopiero w lutym i wcześniej z dużym prawdopodobieństwem nie jest żeglowny.

Prof. Dr. Wilfried Korth
Berlin, 28 sierpnia 2007

Rys. 5. fragment mapy wybrzeża wschodniej Antarktydy

Ekspedycja "Drygalski 2009" może się odbyć dzięki wspaniałomyślnemu wsparciu firm: