Dlaczego Antarktyda jest najsuchszym kontynentem świata?

Antarktyda na mapie świata – gdzie leży i czym się wyróżnia

Południowy kraniec globu i jedyny prawdziwy kontynent polarny

Antarktyda leży na samym dole globusa, obejmując biegun południowy i okolice. To kontynent w całości położony w strefie polarnej, otoczony ze wszystkich stron oceanem – Oceanem Południowym. Taka konfiguracja sprawia, że jest geograficznie i klimatycznie odcięta od reszty świata. Nie prowadzą do niej żadne mosty lądowe, nie ma też łańcuchów górskich łączących ją z innymi kontynentami, jak w przypadku Azji i Europy.

W praktyce oznacza to, że każda masa powietrza i wody, która ma dotrzeć do Antarktydy, musi „pokonać” pas otaczających ją prądów morskich i wiatrów. Ta izolacja stanowi pierwszy, bardzo ważny element odpowiedzi na pytanie, dlaczego Antarktyda jest najsuchszym kontynentem świata – powietrze, które tam dociera, jest już mocno wychłodzone i pozbawione wilgoci.

Kontynent olbrzym – liczby, które tłumaczą skalę

Antarktyda jest piątym co do wielkości kontynentem. Jej powierzchnia jest zbliżona do powierzchni Europy i Australii razem wziętych. Znaczną część zajmuje lądolód – gigantyczna masa lodu, która w wielu miejscach przykrywa skały grubą pokrywą sięgającą kilku kilometrów.

Najważniejsze liczby, które pomagają zrozumieć tę przestrzeń, to między innymi:

• grubość pokrywy lodowej w centrum często przekracza kilka kilometrów,
• średnia wysokość powierzchni Antarktydy licząc po wierzchu lądolodu jest większa niż średnia wysokość wielu innych kontynentów,
• znaczna część wnętrza kontynentu leży ponad 3000 metrów nad poziomem morza – i to ma ogromne znaczenie dla temperatury i opadów.

Im wyżej, tym zimniej, a im zimniej, tym mniej wilgoci może utrzymać powietrze. Wysokie położenie wnętrza Antarktydy działa więc jak naturalny „wzmacniacz” suchości.

Antarktyda kontra Arktyka – dwa bieguny, dwa różne światy

W języku potocznym często wrzuca się oba bieguny do jednego worka. Tymczasem Arktyka i Antarktyda różnią się fundamentalnie. Arktyka to przede wszystkim ocean otoczony lądami – pokryty lodem morskim, ale otoczony nieprzerwanym pasem kontynentów: Ameryką Północną, Europą i Azją. Antarktyda to odwrotność: ląd otoczony oceanem.

Ta różnica wpływa na klimat wprost:

• w Arktyce lądy „wpuszczają” nad ocean polarne i umiarkowane masy powietrza, a cyrkulacja atmosferyczna jest bardziej otwarta,
• wokół Antarktydy tworzy się niemal zamknięty pierścień prądów morskich i wiatrów, odcinający kontynent od cieplejszych, wilgotnych mas powietrza.

Dlatego Arktyka – choć także zimna – ma zazwyczaj więcej opadów (śniegu i deszczu) niż przeciętne wnętrze Antarktydy. Różni się też struktura lodu: na północy dominuje lód morski, na południu – lądolód, który potrafi gromadzić wodę przez setki tysięcy lat.

Geograficzna izolacja jako początek „pustyni lodowej”

Odległość od innych kontynentów jest duża: między cypelkiem Ameryki Południowej a Półwyspem Antarktycznym rozciąga się niespokojna Cieśnina Drake’a, a między Australią a Antarktydą – tysiące kilometrów otwartego Oceanu Południowego. To nie jest „kąt” planety, do którego łatwo dociera ciepłe, wilgotne powietrze.

Dodając do tego prąd okołobiegunowy oraz silne wiatry zachodnie, otrzymujemy coś w rodzaju ruchomej bariery – niewidzialnej, ale bardzo skutecznej. To właśnie ta izolacja sprawia, że Antarktyda pozostaje zimna i sucha nawet wtedy, gdy globalna temperatura rośnie. Zmiany klimatu ją dotykają, ale nie znoszą w prosty sposób tej wielowarstwowej „fosy” złożonej z oceanów, wiatrów i wirów atmosferycznych.

Co to znaczy, że kontynent jest „suchy”? – porządkowanie pojęć

Suchość w języku klimatologów – chodzi o opady, nie o odczucia

W języku potocznym „suche miejsce” to dla wielu osób miejsce gorące, piaszczyste i pozbawione zieleni. Klimatologia używa słowa „suchy” w bardziej precyzyjnym sensie: chodzi o niską roczną sumę opadów, niezależnie od tego, czy pada deszcz, śnieg, czy grad. Nie liczy się tylko to, jak czujemy wilgotność powietrza na skórze, ale ile wody realnie spada z nieba w jednostce czasu.

Antarktyda jest właśnie sucha w tym ścisłym, naukowym znaczeniu. Większość obszaru kontynentu otrzymuje dramatycznie mało opadów, często mniej niż typowe pustynie zwrotnikowe. Dodatkowo opady, które tam występują, są prawie wyłącznie w formie śniegu, a nie deszczu. To, że lód się nie topi, nie oznacza, że regularnie przybywa nowego śniegu.

Suchy, jałowy, bez roślinności – trzy różne kategorie

Łatwo wrzucić do jednego worka pojęcia „suchy”, „jałowy” i „bez roślinności”, ale w geografii oznaczają one coś nieco innego:

• suchy – mała suma opadów; może dotyczyć i pustyni piaszczystej, i mroźnej krainy lodu,
• jałowy – ubogi w składniki odżywcze i mikroorganizmy; gleba może być jałowa nawet przy sporej ilości deszczu, ale bez materii organicznej,
• bez roślinności – to stan powierzchni; brak roślin może wynikać z suchości, mrozu, wiatru, zasolenia, zanieczyszczeń lub ich kombinacji.

Antarktyda łączy w sobie większość tych cech: jest sucha (mało opadów), w wielu miejscach jałowa (ubóstwo gleby lub jej brak – zamiast niej lód i skała) i prawie pozbawiona roślinności (tylko mchy, porosty i kilka gatunków prostych roślin naczyniowych w nielicznych, cieplejszych niszach). Jednak pierwszy człon – suchość – bierze się właśnie z niskiego bilansu opadów.

Jak wypada Antarktyda na tle Sahary i strefy umiarkowanej

Dla lepszego zrozumienia przydaje się porównanie typowych rocznych sum opadów dla różnych środowisk. Zamiast wymyślonych liczb, uporządkujmy zjawiska jakościowo:

Wnętrze Antarktydy plasuje się jako jedno z najsuchszych miejsc na Ziemi, jeżeli patrzymy wyłącznie na ilość opadów w skali roku. Różnica polega na tym, że Sahara jest sucha i gorąca, Antarktyda – sucha i lodowata.

Śnieg też jest opadem – jak przelicza się go na wodę

W bilansie opadów śnieg wlicza się tak samo jak deszcz, tylko najpierw trzeba go przeliczyć na odpowiednią ilość wody. Meteorolodzy stosują przeliczniki gęstości śniegu: puchaty, świeży śnieg ma znacznie mniejszą gęstość niż mokry śnieg w strefie umiarkowanej. Dlatego tę samą warstwę śniegu na Antarktydzie trzeba przełożyć na cieńszy słupek wody w milimetrach.

W praktyce wygląda to tak, że jeśli przez cały rok w danym miejscu spadnie tylko cienka warstwa lekkiego śniegu, to po przeliczeniu na milimetry wody okazuje się, że roczna suma opadów jest niższa niż na wielu pustyniach. Nic więc dziwnego, że klimatolodzy mówią o „pustyni lodowej”, mimo iż wrażenie wzrokowe jest zupełnie inne: płaska, biała powierzchnia ciągnie się po horyzont.

Klimat polarny w praktyce – zimno, które „wysusza” powietrze

Dlaczego zimne powietrze prawie nie „dźwiga” wilgoci

Kluczem do zrozumienia suchości Antarktydy jest prosta fizyka. Im niższa temperatura, tym mniej pary wodnej może utrzymać powietrze. Wyobraź sobie dwie spiżarnie: jedną w ciepłym domu, drugą w lodówce. W tej pierwszej możesz poustawiać dużo słoików, w tej drugiej zmieści się o wiele mniej. Powietrze działa podobnie – im jest cieplejsze, tym więcej „słoików na wilgoć” ma do dyspozycji.

Nad Antarktydą temperatury przez większość roku są głębokie poniżej zera. Nawet latem we wnętrzu kontynentu jest zwykle bardzo zimno. Taka masa powietrza jest „pusta” – zawiera bardzo mało pary wodnej. Nawet jeśli napłynie nad nią odrobinę cieplejsze powietrze znad oceanu, szybko się ono wychładza, oddając swoją wilgoć na obrzeżach kontynentu, a w głębi zostaje już niemal wyjałowione.

Konsekwencje stałego mrozu dla procesu kondensacji

Kondensacja pary wodnej – czyli powstawanie chmur i opadów – zachodzi wtedy, gdy wilgotne powietrze się ochładza, osiąga stan nasycenia, a nadmiar pary wodnej zamienia się w kropelki lub kryształki lodu. Nad Antarktydą ten proces jest utrudniony z dwóch powodów:

• powietrze startuje z bardzo niskim poziomem wilgoci, więc nawet po ochłodzeniu jest jej zwykle zbyt mało, by tworzyć gęste chmury,
• środowisko jest ekstremalnie chłodne już „na starcie”, więc nie ma dużego gradientu temperatury, który sprzyjałby gwałtownym wznoszeniom i rozwojowi chmur.

W rezultacie chmury nad wnętrzem Antarktydy są zazwyczaj rzadkie, cienkie i składają się z lodowych kryształków, które niekoniecznie prowadzą do istotnych opadów. Niewielka część z nich opada w postaci drobnych płatków śniegu, reszta może sublimować lub ulegać rozproszeniu.

Dlaczego śnieg pada rzadko, mimo że wszędzie jest biało

Lodowy krajobraz jest często mylący. Intuicja podpowiada: skoro wszystko jest w śniegu, to musi go dużo padać. Tymczasem większość śniegu, który widać na powierzchni lądolodu, to efekt kumulacji tysięcy lat bardzo skromnych opadów. Śnieg, który raz spadnie, prawie nigdy się nie topi, tylko jest ubijany i przykrywany kolejnymi, cienkimi warstwami.

Na kontynencie, gdzie topnienie jest znikome, nawet małe roczne opady wystarczą, by w skali geologicznej stworzyć ogromne masy lodu. To trochę tak, jak z odkładaniem codziennie jednego grosza do skarbonki przez setki lat – pojedynczy wkład jest niewielki, ale cały zbiór robi wrażenie. Dlatego Antarktyda jest jednocześnie najsuszym kontynentem pod względem opadów i największym rezerwuarem słodkiej wody w postaci lodu.

Brak chmur burzowych i frontów znanych z niższych szerokości

W strefach umiarkowanych, na przykład nad Europą, pogoda jest kształtowana przez aktywną cyrkulację frontową. Ciepłe i zimne masy powietrza ścierają się, tworząc fronty, chmury deszczowe i burzowe. Na Antarktydzie, szczególnie w jej wnętrzu, ten mechanizm jest bardzo słaby. Brak silnych kontrastów termicznych, brak gradientu wilgotności, dominacja mas powietrza bardzo zimnych i bardzo suchych – wszystko to prowadzi do względnie monotonnego, stabilnego, „wysuszonego” klimatu.

Fronty niżowego pasa zachodnich wiatrów „krążą” na ogół poza kontynentem, nad otaczającym go oceanem. Gdy docierają nad wybrzeża Antarktydy, mogą przynieść trochę śniegu, ale już w głębi lądu ich wpływ jest wielokrotnie osłabiony. To tłumaczy, dlaczego opady w głębi kontynentu są tak skromne w porównaniu z wybrzeżami czy z Arktyką.

Katabatyczne wiatry – „niewidzialne odkurzacze” kontynentu

Jak zimny lód napędza spływ powietrza

Wyobraź sobie gładką, nachyloną powierzchnię lodu o wysokości kilku kilometrów. Na jej szczycie leży bardzo zimne, ciężkie powietrze. Siła grawitacji działa na nie tak samo jak na wodę: dąży do spływu w dół. Tak właśnie rodzą się wiatry katabatyczne – charakterystyczne dla Antarktydy zstępujące prądy powietrza, które spływają z wnętrza lądolodu ku wybrzeżom.

Ochłodzone przy powierzchni lodu powietrze staje się gęstsze niż otoczenie. Gdy tylko trafi na stok, zaczyna przyspieszać, tworząc wiatr o często imponującej prędkości. W niektórych miejscach nad Antarktydą takie wiatry potrafią wiać praktycznie nieprzerwanie, tygodniami, a nawet miesiącami.

Dlaczego katabaty „wysuszają” jeszcze bardziej

Ten spływ zimnego powietrza działa jak wielki, naturalny wentylator. Zamiast pozwolić, by nad powierzchnią zalegała wilgotniejsza, spokojna warstwa powietrza, katabatyczne porywy ciągle ją zdmuchują i wymieniają na wyjątkowo suchą masę z wnętrza lądolodu. Efekt jest dwojaki:

• utrudnione jest tworzenie się stabilnych, wilgotnych warstw powietrza przy powierzchni,
• każda para wodna, która próbuje się „zadomowić” (na przykład po chwilowym ochłodzeniu cieplejszego powietrza z oceanu), jest szybko rozwiewana.

To trochę jak próba rozpalenia ogniska przy bardzo silnym, zimnym wietrze – nawet jeśli uda się na moment, zaraz zostanie zaduszone. Chmury i mgły nad lodem mają podobny problem.

Burze śnieżne bez… nowego śniegu

Podczas takich wiatrów często obserwuje się whiteout – niemal zupełne bielenie świata, gdzie horyzont znika, a człowiek traci orientację. Intuicja podpowiada: „musi strasznie sypać”. Tymczasem bywa, że niemal nic nowego z nieba nie spada. To tylko stary śnieg, zerwany z powierzchni i zawieszony w powietrzu.

Te zjawiska, często nazywane „burzami śnieżnymi”, są w istocie zadymkami śnieżnymi. Bilans opadu pozostaje niewielki, a mimo to warunki przypominają najbardziej śnieżne niżowe fronty znane ze stref umiarkowanych. To jedna z pułapek percepcyjnych: człowiek widzi szalejący śnieg i wiatr, ale w statystykach opadu rocznego niemal nie ma co zapisać.

Geografia Antarktydy – wysokie płaskowyże i efekt cienia opadowego

Lądolód jak ogromny dach nad kontynentem

Antarktyda nie jest płaską bryłą lodu leżącą tuż nad poziomem morza. Wnętrze kontynentu to w dużej mierze wysokie płaskowyże lodowe, sięgające kilku tysięcy metrów. W praktyce oznacza to, że większość opadów musi dotrzeć nad obszar o warunkach zbliżonych do wysokich gór – tyle że zamiast skał mamy zlodowaciałą równinę.

Im wyżej, tym zimniej i – paradoksalnie – często również sucho. To zjawisko dobrze widać w wysokich pasmach górskich na innych kontynentach, gdzie powyżej pewnej wysokości las znika, a opady potrafią być bardzo skromne mimo częstej obecności chmur. Wnętrze Antarktydy stanowi ekstremalne rozwinięcie tego schematu.

Jak góry i lądolód blokują wilgoć z oceanu

Wilgotne masy powietrza znad oceanów próbują „wdrapać się” na kontynent. Po drodze napotykają jednak na barierę w postaci stromych krawędzi lądolodu i gór przybrzeżnych. Gdy powietrze jest zmuszone wznosić się nad tę barierę, ochładza się i traci wilgoć – para wodna kondensuje, powstają chmury i śnieg, który spada głównie na obrzeżach.

Za taką barierą, już w głębi kontynentu, powstaje coś na kształt wielkiego cienia opadowego. To pojęcie znane z opisów gór leżących przy wybrzeżach – po zawietrznej stronie opady gwałtownie maleją. Antarktyda jest jak kontynentalna wersja tego zjawiska w skali XXL: oceaniczne chmury „wyładowują się” na brzegach, a wnętrze zostaje w dużej mierze pominięte.

Pustynie McMurdo – sucha dolina w sercu lodu

Najbardziej spektakularnym przykładem ekstremalnej suchości w Antarktyce są Suche Doliny McMurdo. To obszar niemal pozbawiony śniegu i lodu na powierzchni, mimo że otaczają go lodowce. Wiatry katabatyczne spływające z płaskowyżu są tam tak silne i tak suche, że wywiewają i sublimują niemal cały śnieg, zanim zdoła się utrwalić.

Naukowcy traktują ten rejon jak naturalne laboratorium, porównując warunki z tymi panującymi na Marsie. Grunt jest zamarznięty, powietrze ultra suche, a opady tak rzadkie, że ślady dawnych strumieni i jezior trwają w niezmienionej formie przez bardzo długi czas. Jeśli ktoś szuka dowodu na to, że Antarktyda to prawdziwa pustynia – właśnie tam go znajdzie.

Rola lodu morskiego i prądów oceanicznych

Lód morski jako bariera dla parowania

Otaczający Antarktydę ocean jest głównym źródłem wilgoci dla atmosfery w tym regionie, ale przez znaczną część roku jest pokryty grubą warstwą lodu morskiego. Taka „pokrywa” działa jak pokrywka na garnku – ogranicza parowanie, a więc i ilość pary wodnej trafiającej do atmosfery.

Nawet tam, gdzie lód morski sezonowo zanika, woda jest bardzo zimna. Niska temperatura powierzchni oceanu dodatkowo redukuje parowanie, w porównaniu z ciepłymi akwenami tropikalnymi czy nawet umiarkowanymi. W efekcie nad obszarem, który mógłby być fabryką chmur, unosi się stosunkowo niewiele wilgoci.

Prądy oceaniczne chłodzą atmosferę zamiast ją nawilżać

Wokół Antarktydy krąży Antarktyczny Prąd Okołobiegunowy, jeden z najsilniejszych układów prądów morskich na Ziemi. Transportuje on ogromne masy zimnej wody, które skutecznie chłodzą powierzchnię oceanu. Chłodniejsza woda to słabsze parowanie.

Konsekwencja jest prosta: nad Antarktydą i otaczającym ją oceanem znajduje się mniej pary wodnej niż nad równie rozległymi obszarami innych oceanów. To ogranicza potencjał do tworzenia intensywnych systemów opadowych, zwłaszcza nad samym kontynentem.

Dlaczego Antarktyda mimo wszystko gromadzi tyle lodu

Bilans: mało opadów, jeszcze mniej topnienia

Kiedy opady są tak niskie, naturalne wydaje się pytanie: skąd w ogóle wzięły się kilkukilometrowe pokrywy lodu? Odpowiedź tkwi w bilansie. Topnienie i parowanie są tu ekstremalnie słabe. Niewielka ilość śniegu, która spadnie, ma ogromną szansę przetrwać, zostać sprasowana i zamienić się w lód lodowcowy.

W cieplejszych strefach śnieg spada i stosunkowo szybko znika: topnieje, spływa rzekami, wraca do oceanu. W Antarktydzie ten cykl jest spowolniony do granic możliwości. Można powiedzieć, że kontynent „żyje na kredyt”: drobnymi dopływami śniegu, które jednak prawie nigdy nie są w pełni spłacane w postaci topnienia.

Setki tysięcy lat powolnej akumulacji

Na pojedynczą warstwę lodu grubości kilku kilometrów składają się niezliczone cienkie roczne porcje śniegu. Każdej zimy i każdego lata przybywa ich ledwie trochę. Czasem rok po roku różnice są minimalne, ale w skali dziesiątek tysięcy lat nawet symboliczne opady tworzą kolosalną strukturę.

Rdzenie lodowe wiercone w