Miesiąc temu geolodzy z Państwowego Instytutu Geologicznego – PIB wrócili z wyprawy antarktycznej. Nie była to pierwsza ekspedycja w pobliże bieguna południowego, w której wzięli udział pracownicy Instytutu. W planach mieli pobranie próbek skalnych z Wyspy Króla Jerzego. O tym, jaki był cel wyprawy, jakie badania wykonano i co mogą wnieść do poznania historii geologicznej Antarktyki rozmawiamy z uczestnikiem ekspedycji i autorem koncepcji badań - prof. dr hab. Jerzym Nawrockim.
Anna Bagińska: Panie Profesorze, spośród ekipy Państwowego Instytutu Geologicznego Pan jako jedyny miał doświadczenie w prowadzeniu badań w Antarktyce.
Jerzy Nawrocki: To była moja czwarta wyprawa w tamte strony. Poprzednie miały miejsce w latach 2007, 2009 i 2019. Wcześniej, w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku, prace terenowe na Wyspie Króla Jerzego prowadził dr Zbigniew Rubinowski z Oddziału Świętokrzyskiego PIG. Lata biegną, więc należało wdrażać młodsze pokolenia geologów z Instytutu w tak niecodzienną jednak logistykę i specyficzną geologię Antarktyki (obszar obejmujący kontynent Antarktydy oraz przyległe morza i wyspy). Obecnie mogę tylko stwierdzić, że wszystkie towarzyszące mi do tej pory osoby bardzo dobrze zniosły trudy ekspedycji. W tegorocznej wyprawie z Instytutu uczestniczyli wraz ze mną geolodzy reprezentujący młode pokolenie – panie – Ewelina Krzyżak i Agata Kozłowska-Roman oraz pan Rafał Małek.
Ekipa badaczy z Państwowego Instytutu Geologicznego - PIB w Antarktyce. Na zdjęciu od lewej: prof. dr hab. Jerzy Nawrocki, Agata Kozłowska-Roman, Rafał Małek, Ewelina Krzyżak
AB: Czy tegoroczne badania miały związek z poprzednimi, prowadzonymi wcześniej?
JN: W większości była to kontynuacja nie tylko prac, w których do tej pory uczestniczyłem i które planowałem, ale też wcześniejszych prac wielu polskich badaczy tej części Antarktyki, na czele z prof. Krzysztofem Birkenmajerem. To on między innymi odkrył i opisał utwory lodowcowej genezy na Wyspie Króla Jerzego, będące śladami zlodowacenia sprzed około 26 mln lat, które nazwał nie inaczej tylko zlodowaceniem Polonez. On i inni badacze, w tym prof. Andrzej Gaździcki już wiele lat temu wskazywali, że było to zlodowacenie o ogromnym zasięgu, gdyż część głazów polodowcowych nie pochodzi z Wyspy Króla Jerzego, lecz z kontynentalnej Antarktydy.
AB: Co przyniosły trzy wcześniejsze ekspedycje PIG-PIB, o których pan wspomniał, w zakresie rozpoznania geologicznego Wyspy Króla Jerzego?
JN: Przede wszystkim określiliśmy precyzyjnie metodami izotopowymi (U-Pb i Ar-Ar) wiek wielu formacji wulkanogenicznych z tego obszaru. Nowe datowania przyczyniły się do zasadniczych zmian ram stratygraficznych tamtejszego wulkanizmu, który jak się okazało, miał miejsce głównie w eocenie. Wcześniej datowano głównie metodą K-Ar (między innymi prof. Birkenmajer i jego zespół), która bardzo słabo sprawdza się w tamtym, ciągle aktywnym tektonicznie rejonie. Zdefiniowaliśmy też po raz pierwszy w sposób wiarygodny wiek dużej intruzji granodiorytowej tworzącej w centralnej części wyspy Górę Wgger. Nasze datowania młodszych od eocenu etapów wulkanizmu pozwoliły na ich sprzężenie z etapami rozwoju geotektonicznego całego regionu, w tym na określenie wieku wczesnych etapów powstawania Cieśniny Bransfielda. Określiliśmy wstępnie źródła egzotyków z osadów zlodowacenia Polonez na znajdujące się w Górach Transantarktycznych, Górach Ellswortha i na Półwyspie Antarktycznym. Wyniki datowania izotopowego skał otaczających diamiktyt z Zatoki Herve, uważany wcześniej przez polskich badaczy za osad zlodowacenia górskiego z późnego eocenu, nasunęły pewne wątpliwości co do takiej interpretacji, gdyż otrzymany wiek około 48-49 mln. lat wskazuje, że zlodowacenie górskie rozwijałoby się w okresie nadal bardzo ciepłym. Stąd zostały podjęte dalsze prace zmierzające do wyjaśnienia tego problemu w trakcie tegorocznej wyprawy.
Diamiktyt hipotetycznego zlodowacenia górskiego (ok. 48 mln. lat) w Zatoce Herve (Wyspa Króla Jerzego. Przy odsłonięciu uczestnicy wyprawy (od lewej: Rafał Małek, Agata Kozłowska-Roman, Ewelina Krzyżak)
AB: Skąd pomysł na ponowne prowadzenie badań w tym regionie? Czy wyprawa miała charakter międzynarodowy?
JN: Z biegiem lat pojawiają się nowe narzędzia i metody badawcze i przez to otwierają się nowe możliwości. Dziesięć lat temu PIG-PIB uzyskał w drodze konkursu dotację Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej na zakup mikrosondy jonowej SHRIMP, która została zainstalowana w 2014 roku. Urządzenie to pozwala między innymi na precyzyjne datowanie skał. Wcześniej z możliwości tego urządzenia korzystaliśmy współpracując z laboratorium australijskim. Pierwszym pomysłem była zatem weryfikacja wieku skał magmowych budujących Wyspę Króla Jerzego. Uzupełnieniem badań wieku izotopowego były badania paleomagnetyczne i magnetostratygraficzne, prowadzone w ramach grantu finansowanego wówczas przez Komitet Badań Naukowych.
Jak to zwykle w nauce bywa, często dopiero po jakimś czasie zauważamy istotne problemy, które wymagają dalszych prac. Na interesującym nas obszarze są to: pewne luki w rozpoznaniu stratygraficznym formacji wulkanogenicznych, brak badań genetycznych mineralizacji siarczkowych, a także brak rozpoznania wieków izotopowych i składu geochemicznego eratyków ze starszych od plejstocenu zlodowaceń. Dotychczas udało się nam zbadać wiek i określić miejsca na stałym lądzie Antarktydy, skąd lodowiec zabrał materiał skalny, jedynie dla dziesięciu takich otoczaków zbudowanych ze skał krystalicznych i osadowych. Wyniki zaprezentowaliśmy w czasopiśmie Journal of the Geological Society, London (2021, v. 178(2), https://doi.org/10.1144/jgs2020-113). Badania te nie tylko pozwalają nam na zdefiniowanie centrów dawnych kenozoicznych zlodowaceń. Jak wiemy, dzisiaj Antarktyda w zdecydowanej większości pokryta jest lądolodem Nie możemy zatem wykluczyć, że uda nam się wyłowić wśród egzotyków skały, które dotychczas nie zostały tam znalezione, czy nawet nie mamy przypuszczeń co do ich istnienia na tym kontynencie.
W tej fazie badań nie mamy współwykonawców spoza Polski. Tym niemniej muszę podkreślić, że część materiału skalnego udało się nam pozyskać wyłącznie dzięki wsparciu logistycznemu Chilijskiego Instytutu Antarktycznego (INACH). Eratyki ze zlodowacenia Melville (ok. 22 mln. lat temu) pozyskaliśmy korzystając z wynajętego dla celów badań chilijskich statku Betanzos i helikoptera. Pomoc ta umożliwiła nam też zapoznanie się z geologią północnych krańców Półwyspu Antarktycznego i pobranie kilku pilotażowych próbek na badania paleomagnetyczne i izotopowe. Warto wspomnieć, że PIG-PIB podpisał w 2013 roku umowę o współpracy z INACH.
Strefa kontaktu gliny zwałowej i intruzji bazaltowej. Glina ta jest przypisywana zlodowaceniu o nieustalonej nazwie i wieku (prawdopodobnie młodsze od 10,5 mln. lat). Rejon Półwyspu Syrezol (Wyspa Króla Jerzego)
AB: Jakie utwory były głównym celem badań podczas tegorocznej wyprawy?
JN: Głównym celem badań jest określenie wieku izotopowego i miejsc pochodzenia eratyków skalnych z osadów polodowcowych trzech zlodowaceń kenozoicznych, odsłaniających się na Wyspie Króla Jerzego tj. zlodowacenia Polonez o wieku około 26 mln. lat, zlodowacenia Melville o wieku około 22 mln. lat oraz zlodowacenia jeszcze nie nazwanego, o hipotetycznym wieku około 10 mln. lat. Dane z kilku zlodowaceń pozwolą między innymi na wskazanie, jak były one rozległe i czy miały wspólne centra. Celem prac terenowych było pobranie maksymalnie zróżnicowanego inwentarza tych eratyków z możliwie wielu odsłonięć osadów glacjalnych. Cel ten w pełni został osiągnięty, aczkolwiek pozostał jeden ważny element logistyczny - próbki skalne muszą być jeszcze przetransportowane do Polski.
Płaskowyż Półwyspu Melville. Egzotyki skał krystalicznych związane ze zlodowaceniem Melville (ok. 22 mln. lat) zostały w dużej mierze przysypane śniegiem, co utrudniało ich pozyskanie
AB: Czy na miejscu jest możliwość wykonywania wstępnych badań czy selekcji materiału, który zostanie zabrany do Polski?
JN: Niestety nie. Mogłem się opierać wyłącznie na swojej wiedzy w makroskopowym rozpoznawaniu skał i na wcześniejszych doświadczeniach z tym obszarem. Kończy się czas działania starej infrastruktury Polskiej Stacji Polarnej im. Henryka Arctowskiego, gdzie nie było zaplecza analitycznego dla geologii. Obecnie powstaje nowy budynek o bardzo nowoczesnej architekturze. Nie znam szczegółów jego wyposażenia i nie wiem, czy przewidziano w nim cokolwiek związanego z badaniami geologicznymi. Chociaż w dokumentach związanych z perspektywą funkcjonowania tej stacji o geologii się wspomina.
Odsłonięcie gliny zwałowej zlodowacenia Polonez i przykrywających ją bazaltów w rejonie Wzgórza Lintona (Wyspa Króla Jerzego)
AB: Próbki jakich skał zostały pobrane i jakim badaniom będą one poddane?
JN: Poza wspomnianymi wyżej egzotykami z osadów polodowcowych, którymi są głównie różnorodne granity, dioryty i gnejsy, pobrano próbki z otaczających te osady law bazaltowych i andezytowych. Próbki te zostaną poddane analizom paleomagnetycznym. Dla każdej próbki skalnej niezbędne będzie wykonanie analiz petrologicznych i geochemicznych, między innymi w celu określenia środowiska geotektonicznego ich powstawania.
Uczestnik wyprawy Rafał Małek w drodze po egzotyki skał krystalicznych w glinie zwałowej zlodowacenia Polonez (Wyspa Króla Jerzego, Grzbiet Chopina)
AB: Czy Antarktyda jest atrakcyjnym miejscem dla prowadzenia badań geologicznych? Prawie cały kontynent pokrywa lądolód. Klimat raczej nie zachęca. To najbardziej zimne i wietrzne miejsce na Ziemi. Co więc przyciąga geologów?
JN: Wiele elementów budowy geologicznej tego kontynentu jest jeszcze tajemnicą i to głównie przyciąga badaczy, mimo trudnych warunków klimatycznych i dużej odległości. Dawne i współczesne zlodowacenia tego rejonu to najlepszy poligon do badań zmian klimatycznych w ogólności. Naukowców intryguje na przykład bujna roślinność występująca jeszcze 50 mln lat temu, mimo polarnego położenia i jej zanik w kontekście zmian zawartości CO2 w atmosferze i zmian cyrkulacji prądów oceanicznych. Nie do pogardzenia dla geologów są też możliwości badań aktywnych stref geotektonicznych – subdukcji i rozrostu dna oceanicznego, a także powiązany z nimi czynny wulkanizm. Wyzwaniem są też pomiary parametrów geofizycznych, w tym analiza pola geotermicznego w kontekście jego wpływu na topnienie czapy lodowej.
I wreszcie trzeba wspomnieć o sprawach surowcowych. Mimo, że protokół madrycki z 1998 roku, wchodzący w skład Systemu Układu Antarktycznego, nie pozwala na pozanaukowe zajmowanie się tym obszarem, to trzeba pamiętać, że protokół ten będzie przeglądany i prawdopodobnie weryfikowany w 2048 roku. Stąd też badania części krajów już teraz są ukierunkowane na rozpoznanie złożowe, chociaż takich celów kraje te nie deklarują. I tak na przykład w basenie Morza Weddella o dużym potencjale węglowodorowym od wielu lat prowadzi się intensywne rozpoznanie sejsmiczne. Gdyby przeforsowano możliwość eksploatacji węglowodorów na szelfie Antarktydy, to część państw niewątpliwie będzie miała już wiedzę na temat obszarów najbardziej perspektywicznych. Należy w tym miejscu wspomnieć również o fakcie, że struktury geologiczne Półwyspu Antarktycznego są przedłużeniem struktur andyjskich Ameryki Południowej, bogatych w cenne złoża rud metali.
Klify Polskiej Służby Geologicznej (nazwa nadal nieformalna, ale już używana w publikacjach przez badaczy zagranicznych) nad Zatoką Króla Jerzego (Wyspa Króla Jerzego)
AB: O powodzeniu terenowych badań geologicznych w znacznym stopniu, decyduje aura. Czy i tym razem pogoda sprzyjała i udało się zrealizować zaplanowane badania?
JN: Bez wątpliwości zła pogoda może uniemożliwić realizację nawet najstaranniej przygotowanych prac terenowych. Nasza wyprawa miała miejsce podczas tzw. lata antarktycznego, ale nie gwarantuje ono dobrej pogody. Po pierwsze, w dowolnym jego momencie śnieg może pokryć wychodnie skalne. A po drugie, sztormowa pogoda może zdezorganizować lub wręcz uniemożliwić transport wodny do miejsc docelowych. Starsi koledzy niejednokrotnie wspominali, że niektóre ich wyprawy z tych powodów nie dały oczekiwanych wyników. Nam tym razem pogoda, mimo że zmienna, to jednak pozwoliła na pełną realizację planów. Zadecydował o tym wystarczająco długi czas naszego pobytu, umożliwiający przeczekanie okresów niepogody. W przypadku prac na Półwyspie Melville, zadecydowała cierpliwość i uprzejmość chilijskich kolegów, którzy zdecydowali się zaczekać jeszcze jeden dzień, ponad zaplanowany okres ekspedycji na uspokojenie się atmosfery i morza.
Surowy krajobraz północnych krańców Półwyspu Antarktycznego
AB: Czy są plany na kolejną wyprawę?
JN: Jest jeszcze za wcześnie, abym myślał o kolejnej ekspedycji. Jej cel zapewne będzie mi łatwiej zdefiniować po wykonaniu badań analitycznych materiału pozyskanego w tym roku. Wiedząc, że mój polarny czas powoli się kończy, zasugerowałem grupie geofizycznej z PIG-PIB, by zajęła się zobrazowaniem anomalii magnetycznych na Wyspie Króla Jerzego za pomocą zestawu latającego. Umożliwiłoby to rozpoznanie struktur geologicznych znajdujących się obecnie pod lodem (około 94% powierzchni wyspy). Ta kolejna, nieodległa w czasie wyprawa antarktyczna PIG-PIB może się odbyć już bez mojego bezpośredniego udziału. Doświadczenie logistyczne z tamtym rejonem, poza mną, ma już sześć osób pracujących obecnie w Instytucie i to do nich należy przyszłość instytutowych badań Antarktyki. Bez wątpienia kolejnym wyzwaniem na Wyspie Króla Jerzego i w całej Antarktyce jest kartowanie geologiczne skał, które pojawiają się na powierzchni w wyniku szybkiego tempa zaniku lodowców. Wiele wystąpień skalnych o charakterze nunataków w ciągu ostatniego ćwierćwiecza straciło ten status. Dostęp do nich nie wymaga już przedzierania się przez lodowce. W pasie przybrzeżnym Wyspy Króla Jerzego powierzchnia odsłonięć skalnych miejscami podwoiła się.
Bloki brekcji wulkanicznej i zwietrzałej lawy poduszkowej (Półwysep Antarktyczny)
AB: I ostatnie pytanie. Antarktyka to wyjątkowo tajemniczy i wydaje się nieprzyjazny dla ludzi kontynent. Czy oprócz geologicznych badań mógłby Pan wskazać szczególnie interesujące, nawet poza naukowe aspekty ostatniego pobytu.
JN: Podczas naszego pobytu były też i trudne chwile. W trakcie pierwszego kursu w rejon Półwyspu Syrezol wpadliśmy na szkiery i przy całkiem sporej fali należało wysiadać z łódki pontonowej kawałek od brzegu, co skutkowało częściowym zmoczeniem. Statek rosyjski, którym mieliśmy płynąć do Argentyny, z nami na pokładzie ugrzązł w sztormie w Zatoce Admiralicji na cztery doby, bo warunki nie pozwalały transporterom pływającym ze stacji im. Henryka Arctowskiego podjąć ładunku. Nie był to przyjemny okres naszej wyprawy. Czas zapewne jednak zatrze w pamięci te niedogodności.
Piękno krajobrazu i urzekająca fauna - setki pingwinów, wieloryby, słonie morskie i ich gody, uchatki i inne fokowate z pewnością rekompensowały trudy ekspedycji. Wspomnę też tutaj o dużej życzliwości osób z obsługi naszej stacji polarnej, dobrym jedzeniu i miłej atmosferze tam panującej. Nasz pobyt miał miejsce w szczególnym okresie i dla stacji i dla badań geologicznych tego obszaru. Toczyły się już pierwsze prace związane z budową nowego budynku stacji, a stary obiekt niedługo zakończy swoją misję. Zakończył się też, i to dosyć nagle, etap badań geologicznych prowadzonych i inspirowanych przez prof. Krzysztofa Birkenmajera i jego zespół. Ich kontynuacja to było i jest nasze zadanie, wręcz powinność.
Polska stacja polarna im. Henryka Arctowskiego na Wyspie Króla Jerzego. Po prawej stronie zdjęcia przygotowywanie fundamentów pod nowy budynek stacji
Fragment obozowiska namiotowego i letni domek - schronisko IBB PAN (nazwany „Chatka Tatura”) nad Zatoką Króla Jerzego (Wyspa Króla Jerzego)
Wieloryb w pobliżu Wyspy Dufayel (Wyspa Króla Jerzego, Fiord Ezcurra)
A.B: Bardzo dziękuję za rozmowę. Z niecierpliwością czekamy zatem na wyniki badań pobranych próbek skał oraz życzymy powodzenia kolejnej ekipie geologów w eksploracji Antarktyki.
Rozmawiała: Anna Bagińska, kierownik Biura Promocji i Komunikacji PIG-PIB
Prof. dr hab. Jerzy Nawrocki w rejonie Półwyspu Syrezol (Wyspa Króla Jerzego)
Zdjęcia: Jerzy Nawrocki, Ewelina Krzyżak, INACH
Wyprawa została zrealizowana w ramach zadania „Analiza uwarunkowań i współpraca z zakresie bezpieczeństwa surowcowego Polski” i została sfinansowana ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (Nr umowy 310/2021/Wn-07/FG-SM-DN/D).
Artykuł został przygotowany w ramach projektu pn. ”Współpraca krajowa w zakresie geologii i promocja działań państwowej służby geologicznej w latach 2021-2023” i sfinansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.
